Abstract
Svett övervakning kan användas för att upptäcka vissa sjukdomar, såsom termoregulering och psykiska störningar, särskilt när patienterna är omedvetna om sådana störningar eller som har svårt att uttrycka sina symptom. Hittills har flera enheter för svett övervakning utvecklats; emellertid sådana anordningar tenderar att ha en relativt stor yttre, avsevärd energiförbrukning, och / eller mindre känslighet.
Nyligen har vi utvecklat en liten, trådlös enhet för svett övervakning. Anordningen består av en temperatur / relativ fuktighet (T / RH) sensor, batteridriven liten datalogger, och silikagel som torkmedel i en liten cylindrisk exteriör. T / RH-givare är placerad mellan fönstren detekterings (genom vilken vattenånga från huden kommer in) och silikagelen. Den underliggande principen för den svett övervakningsanordningen är baserad på Ficks lag, vilket innebär att vattenångflodet from huden till silikagelen (dvs. transepidermal vattenförlust och svett) kan fångas upp av ändring i fuktigheten vid T / RH-givare. Dessutom har en baslinjesubtraktion metod som för att skilja svett och transepidermal vattenförlust.
Som framgår av föregående rapport, kan den utvecklade enheten övervakar svett på några ställen i kroppen på ett enkelt, trådlös sätt. Emellertid har detaljerade metoder för hur man använder enheten inte visats ännu. I den här artikeln, därför vill vi visa punkt för punkt handledning om hur man använder enheten för svett övervakning, genom att visa det sympatiska aktivitetstestet med det sympatiska hud svarsövervakning som ett exempel.
Introduction
Människosvett, allmänt känd som "svettas" är inte bara en mekanism för temperaturreglering en, men det är också relaterad till vissa typer av sjukdomar. Orsaken till onormal svett är bred, inklusive: värmeslag, hyper- eller hypotyreos 2, hjärninfarkt 3, diabetes mellitus 4, dysautonomia 5, klimakteriet (känd som "hot flash") 6, cystisk fibros 7, Parkinsons sjukdom 8 och social ångestsyndrom 9. Mot bakgrund av antalet svett relaterade sjukdomar, har det ansetts fördelaktigt att övervaka svett priserna för tidig diagnos eller prognos av sådana sjukdomar (t.ex. förebyggande av värmeslag) i en allestädes närvarande sätt 10.
Hittills har endast ett litet antal enheter för svett övervakning föreslagits. I början var hud konduktans och relativ fuktighet som används för indirekt indices av mängden svett 11,12. Senast har flera typer av flexibla, bärbara sensorer för svett övervakning föreslagits 13-19, även om de är avsedda för analys av svett elektrolyter snarare än mängden eller tidsmönster svett. Beräkningen av vattenånga diffusion har använts för en mer kvantitativ metod för att övervaka vattenutbyte från huden 20-23. Detta förutsätter dock (1) antagandet att den yttre atmosfären är stilla och konstant 20, (2) tillräcklig känslighet för att upptäcka det naturliga flödet av vattenånga 21,22, eller (3) ett kylmedel (t.ex. Peltier-enhet som förbrukar avsevärd mängd elektricitet) för att kondensera vattenångan till vätska 23; Således kan de vara svåra för daglig och långtidsövervakning. Som ett alternativ, var en ventilerad kammarmetod utvecklats 20,24,25. I det ventilerade kammarmetoden, torrt kväve eller avfuktad luftinfiltreras i en liten kammare intill huden från en kvävgastank eller en pump, och gas i den vattenånga som förångas från huden uppsamlas. Mängden vattenånga från huden kan beräknas utifrån skillnaden mellan den fuktighet i utlopps- och inloppsgaser. Även om denna metod kan uppskatta mängden svett mycket exakt, är en kvävgastank eller en mekanisk pump i allmänhet tillräckligt stor för att hindra daglig övervakning.
Att ta itu med dessa nackdelar, har vi nyligen utvecklat en ny anordning för svett övervakning, i vilken en sluten kammare med ett torkmedel driven påtvingad vattenånga flöde, aktiverat känslig och långtidsövervakning 26. Denna enhet består av en cylindrisk plast yttre, temperatur / relativ fuktighet (T / RH) sensor med inspelning mikroprocessor, och kiselgel (Figur 1). I princip bör det yttre atmosfären inte interfererar med vattenångan flödet och ett kylmedel eller ventilating kammare krävs inte. Svett profiler kan erhållas genom att lösa ekvationerna med ett kalkylprogram 26. En tidigare studie har endast visat att principen om den utvecklade enheten och har utelämnat den detaljerade metod för hur man använder enheten på grund av platsbrist.
Syftet med denna artikel är därför att visa en detaljerad metod för hur man använder den utvecklade enheten för svett övervakning, genom att visa inspelningen av stressinducerad palmar svett under sympatisk aktivitetstestet som ett exempel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
OBS: Enheten, inklusive analysmetoden, är täckt av den japanska ogranskade patentansökningspublikationen nr 2011-169881 och den japanska patentskriften 5708911. Denna studie, inklusive protokollet av försöket med försökspersoner, godkändes av den medicinska etikkommitté Kanazawa University (# 553-1).
1. Förutsättningar för Svett övervakningsanordningen
OBS: Utför dessa steg endast en gång före den första användningen.
- Installera Universal Serial Bus (USB) -serial förare hamn konvertering gränssnitt i datorn 27. Om drivrutinerna redan är installerade, hoppa över detta steg.
- Anslut USB-serieport konvertering gränssnitt till datorn via USB-kabel. Vänta tills automatisk installation föraren om någon.
- Ställ in parametrarna för konverteringen gränssnittet och kontrollera ID-numret för den seriella porten på följande sätt.
- Öppna Enhetshanteraren och välj [Visa]→ [Enheter efter typ].
- Leta upp "Portar (COM & LPT)" rubrik, och expandera avsnittet för att hitta rubriken innehåller "CP210x USB till UART Bridge" i listan.
- Memorera ID-numret av hamnen (t.ex. "COM5") i "CP210x USB till UART Bridge" rubrik.
- Dubbelklicka på "CP210x USB till UART Bridge" och öppna fliken "Portinställningar".
- Ställ in parametrarna enligt följande:. "Bitar per sekund" = 9600, "Data bits" = 8, "Parity" = "None", "Stoppa bitar" = 1, och "Flödesreglering" = "None"
- Klicka på "OK" -knappen för att stänga fönstret och stäng Enhetshanteraren.
2. Inställning av svett övervakningsanordningen
OBS: Ställ in inspelningsinställningarna på följande sätt innan du använder enheten. Upprepa stegen för varje enhet om flera enheter ska användas.
- Se till att batteriet inte sitter i svett övervakningsanordningen.
- Anslut den vita kontakten på USB-serieport konvertering gränssnitt till behållaren vid toppen av svett övervakningsanordningen.
- Kör programmet svett inspelning, följt genom att ställa in enhetens parametrar enligt följande.
- Öppna fliken "Inställningar".
- Ställ in "COM" nummer till ID-numret på den serieport (se steg 1.3.3).
- Klicka på knappen "Bekräfta anslutning". Kontrollera om meddelandet "Ansluten ..." visas.
- Vid "datafil mapp" inställningar, välj den enhet och välj den mapp där svett data sparas. För att välja undermappen, dubbelklicka på mappen för att öppna.
- Ställ in "Antal hål" till "4"
- Öppna fliken "Mät & Rec", och ställ in "Time Interval" till önskad provtiden.
- Sätt en vaddEry till svett övervakningsanordningen.
- Fyll enheten med torr kiselgel (färgen ska vara blå eller grön om färgindikatorn finns), och stäng locket. Om locket inte stänger helt, minska mängden silikagel.
- Klicka på "Start Logging nu" i mjukvaran svett inspelning.
OBS: På grund av svett inspelningen börjar strax efter frånkoppling, kan svett övervakningsanordningen lämnas ansluten tills övervakningen är att startas.
3. Inställning för mätning av Sympatisk Skin Response (SSR)
OBS: Dessa steg är avsedda för att övervaka de sympatiska aktiviteter som palmar SSR, och inte nödvändigtvis för svett övervakning själv. SSR är en förändring i huden potential enligt det sympatiska upphetsning stimulering såsom upprörd och koncentration 28,29.
- Rengöra huden där SSR är att spelas inmed en alkoholservett.
- Sätta anoden, katoden och jordningselektrod på handflatan, baksidan av handen, och handled, respektive, med hjälp av en elektrodpasta. Fäst elektroderna med medicinsk tejp.
- Ställa villkoren för instrumentförstärkaren genom att vrida på motsvarande rattar hos förstärkaren enligt följande: Känslighet = 1 mV / V, High cut filter ( "HI CUT") = 3 kHz, och Low cut filter ( "LO CUT") = 0,5 Hz.
- Kör SSR inspelningsprogram, och starta inspelningen vid en samplingshastighet på 200 Hz genom att klicka på "Start Measurement" -knappen i mjukvaran.
4. Registrering av svett
- Sätta en medicinsk dubbelhäftande tejp på botten av den svett övervakningsanordningen. När du sätter ett band, se till att mätfönster (dvs fyra hål på undersidan av enheten) inte är blockerade.
- Koppla bort svett övervakningsanordningen från USB-serieport conversion gränssnitt. Omedelbart efter frånkoppling, observera svett övervakning börjar automatiskt. Kontrollera att LED-lampa blinkar.
- Avlägsna släppskiktet av den medicinska dubbelhäftande tejp, och sätta den svett övervakningsanordningen på huden där svettning skall övervakas.
- Vänta 10 min för stabilisering av vattenånga diffusion.
OBS: Även om denna process inte kan övervakas, har tidigare studie bekräftade att vänta 10 minuter är tillräcklig för en stabil övervakning 26. - Starta undersökningen (t.ex. sympatisk aktivitetstest).
- Efter granskning, ta bort svett övervakningsanordningen från huden. För att stoppa SSR inspelningen genom att klicka på "Stop Measurement" -knappen i SSR inspelningsprogram, och ta bort alla elektroder från huden.
5. Transpiration Analysis
- Anslut svett övervakningsenheten till USB-serieport konvertering interface (såsom i steg 2,2).
- Utför svett övervakning programvara.
- Öppna fliken "Inställningar", och klicka på knappen "Bekräfta anslutning".
- Öppna fliken "Mät & Rec" och klicka på "Download" för att spara rådata för enheten i den angivna mappen (se steg 2.3.4).
- Utför svett analys enligt följande.
- Öppna "Analys" -fliken och klicka på "Läs datafil." Observera "Öppna fil" dialogen dyker upp. Välj den sparade filen i steg 5,4, och klicka sedan på "Öppna" -knappen.
OBS: Programmet utför automatiskt svett analys baserad på den publicerade metoden 26, och resultaten kommer att visas på skärmen. Samtidigt kommer svett data som kommaseparerade värden format sparas i samma mapp.
- Öppna "Analys" -fliken och klicka på "Läs datafil." Observera "Öppna fil" dialogen dyker upp. Välj den sparade filen i steg 5,4, och klicka sedan på "Öppna" -knappen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Med hjälp av denna nya enhet för svett övervakning (Figur 1) och Ficks lag-baserad beräkning, kan tids svett profiler erhållas på ett enkelt, trådlös sätt. Figur 2 visar representativa data för trådlös svett övervakning under det sympatiska aktivitetstestet. I experimentet anordningen för svetten övervakning, tillsammans med elektroderna för det sympatiska hudrespons (SSR) övervakning, fästes till försökspersonens handflata. För det sympatiska aktivitetstestet, var ämnet ombedd att sitta och utföra följande uppgifter: (1) ta ett djupt inspiration 5 gånger med 1 min intervaller, och (2) göra en huvudräkning (t.ex. kontinuerligt subtrahera 7 från 100, eller den "Flash Anzan", där deltagaren sammanfattar det nummer som visas efter varandra på en datorskärm) att framkalla sympatisk aktivitet. Svett och SSR var sim ultaneously registreras under stressförhållanden. Som ett resultat av djup inspiration och mental beräkning kunde sympatisk aktivitet-inducerad palmar svett mätas med användning av den utvecklade anordningen. Figur 3 visar representativa data för flerpunktsmätning under dagliga aktiviteter. Ca 1 tim inspelning av svett i handflatan (känslo svettning) och den främre bröstet (termisk svettning) visade tydliga mönster beroende på den verksamhet.
Figur 1: den nya anordningen för Svettning Monitoring (A) Den yttre av anordningen innehållande torr silikagel.. (B, C) A "donut-formade" dubbelhäftande tejp används i denna studie och dess fastsättning till enheten. (D) Fastsättning av anordningen på huden.om / filer / ftp_upload / 54.837 / 54837fig1large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: Representant inspelning av svett Under sympatisk aktivitet Test (A) Fastsättning av svett övervakningsanordningen med det sympatiska hud svar (SSR) elektroder på handflatan.. (B) Som ett resultat av sympatisk aktivitetstest, palmar svett tillsammans med SSR reaktion observerades som svar på de sympatiska aktiviteter. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3:
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Syftet med denna artikel är att introducera användandet av en ny, trådlös svett övervakningsenhet. På grund av de senaste framstegen av teknik, har mer exakta, lätt handtag metoder för tids svett övervakning föreslagits; den ventilerade kammarmetoden 24,25 och ångtrycket diffusion metod 23 är representativa exempel. Kräver emellertid det ventilerade kammarmetoden användningen av torr kvävgas eller en pump med torkmedel för att framställa en torr atmosfär, och sålunda tenderar det yttre att vara stora. Ångtrycket diffusionsmetod kan antas i en liten yttre, även om den öppna kammarsystemet kan till stor del påverkas av den yttre atmosfären, och det slutna systemet kammaren har ett problem med antingen vattenånga mättnad (kammaren är fylld med en mättad vattenånga ) eller betydande effektförbrukning av en vattenånga kondensor (t.ex. Peltier enhet).
Att ta itu med situationen, vihar nyligen utvecklat en ny mobiltelefon för svett övervakning 26. I anordningen, kan vattenånga från huden fångas upp av ett torkmedel, vilket möjliggör en konstant men naturligt flöde. Under loppet av vattenångan resor, fångar T / RH-givare flödet av vattenånga som en förändring i temperatur och relativ fuktighet. Genom att beräkna sådana förändringar under Ficks lag, kan vi uppskatta de tidsmässiga förändringar av svett mängd (mg / cm2 / min) med <5% fel, i förhållande till den konventionella ventilerade kammarmetod 26. Den utvecklade anordningen kan användas, till exempel för att övervaka psykisk stress (Figur 2), termisk svettning, och i slutändan svett relaterade dysreglering på ett enklare sätt.
Den utvecklade enheten är lätt att hantera, och så finns det några punkter att tänka på. Men skulle svett mätningen misslyckas om kiselgel inte är torr. Därför före försöket,0, examinator bör se till att den kiselgel är helt torr (dvs färgen är blå). En tidigare studie har uppskattat den maximala varaktigheten mätningen är längre än fyra timmar utan att ändra kiselgel 26. För att åter natur kiselgel, torka den i en torkugn tills färgen blir blå. En konventionell mikrovågsugn är också användbart. Svett mätning skulle också misslyckas om fastsättning av enheten är inte tillräckligt. Vi rekommenderar användning av en "donut-formade" dubbelhäftande tejp.
Icke desto mindre har den utvecklade anordningen en begränsning. På grund av den känsliga beräkning och gränsen för tork absorptionsförmåga, bör övervägas felet av mängden svett, särskilt på den högre nivån av svett. Även om vi har bekräftat felfrekvensen som vara <5% i förhållande till den konventionella metoden 26, bör det absoluta värdet av det beräknade svett värdet hanteras med försiktighet.
På grund av den lilla, enkla och trådlösa utformningen av anordningen, kan multi svett övervakning i fria förhållanden vara möjligt. Som visas i figur 3, kan de olika tidsprofiler svett detekteras på olika positioner i huden (dvs palm och främre bröstet) i det dagliga livet förhållanden (t.ex., prata, äta mat, kör bil, shopping, osv.) . Anordningen, därför kan utnyttjas för samtidig detektion av onormal svettning härstammar både från mental och värmeregleringssystem fel. Till exempel kan den dysreglering av det perifera nervsystemet vid diabetes detekteras om den obalanserade svettning mellan de vänstra och högra sulor var som skall detekteras. Vi planerar nu en observationsstudie av svett profiler i inlagda patienter som kliniskt experiment.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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
- Hardy, J. D.
- Niepomniszcze, H., Amad, R. H.
- 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).
- Fealey, R. D., Low, P. A., Thomas, J. E. Thermoregulatory sweating abnormalities in diabetes mellitus. Mayo Clin Proc. 64 (6), 617-628 (1989).
- Leung, A. K., Chan, P. Y., Choi, M. C.
- 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).
- 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).
- Swinn, L., et al.
- Davidson, J. R., Foa, E. B., Connor, K. M., Churchill, L. E.
- 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).
- Pickup, J. C. Preliminary evaluation of a skin conductance meter for detecting hypoglycemia in diabetic patients. Diabetes Care. 5 (3), 326-329 (1982).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Jia, W., et al. Electrochemical tattoo biosensors for real-time noninvasive lactate monitoring in human perspiration. Anal. Chem. 85 (14), 6553-6560 (2013).
- Huang, X., et al. Stretchable, wireless sensors and functional substrates for epidermal characterization of sweat. Small. 10 (15), 3083-3090 (2014).
- Rose, D. P., et al. Adhesive RFID Sensor Patch for Monitoring of Sweat Electrolytes. IEEE Trans. Biomed. Eng. 62 (6), 1457-1465 (2015).
- Gao, W., et al. Fully integrated wearable sensor arrays for multiplexed in situ perspiration analysis. Nature. 529 (7587), 509-514 (2016).
- Nilsson, G. E. Measurement of water exchange through skin. Med. Biol. Eng. Comput. 15 (3), 209-218 (1977).
- 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).
- Nuutinen, J., et al. A closed unventilated chamber for the measurement of transepidermal water loss. Skin Res. Technol. 9 (2), 85-89 (2003).
- 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).
- Sakaguchi, M., Ono, N., Ohhashi, T. A new skin moisture meter using absolute hygrosensor. Tech. Rep. IEICE. 98 (309), 43-47 (1998).
- 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).
- 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).
- Silicon Labs. , CP210x USB to UART Bridge VCP Drivers (2016).
- 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).
- 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).
