Ehungintzako elektronika eramangarriak oso desiragarriak dira osasun kudeaketa pertsonalizatua egiteko.Hala ere, jakinarazitako ehun-elektronika gehienek seinale fisiologiko bakar batera bideratu dezakete aldian-aldian edo seinaleen xehetasun esplizituak galdu ditzakete, osasunaren ebaluazio partziala eginez.Gainera, propietate eta erosotasun bikaina duten ehunek erronka izaten jarraitzen dute.Hemen, ehungintza osoko sentsore triboelektriko baten berri ematen dugu presio handiko sentsibilitatea eta erosotasuna duena.Presio-sentsibilitatea (7,84 mV Pa−1), erantzun-denbora azkarra (20 ms), egonkortasuna (>100.000 ziklo), lan-maiztasun banda zabalera (20 Hz arte) eta makina garbitzeko gaitasuna (>40 garbiketa) erakusten ditu.Egokitako TATSAk arropa zati ezberdinetan josi zituzten arteria pultsuen uhinak eta arnas seinaleak aldi berean kontrolatzeko.Gaixotasun kardiobaskularren eta loaren apnearen sindromearen epe luzerako eta inbaditzailerik gabeko ebaluaziorako osasuna kontrolatzeko sistema bat garatu genuen, gaixotasun kroniko batzuen analisi kuantitatiborako aurrerapen handia erakusten duena.
Eraman daitekeen elektronika aukera zoragarria da medikuntza pertsonalizatuan duten aplikazio itxaropentsuengatik.Gizabanakoaren osasun-egoera etengabe, denbora errealean eta modu ez inbaditzailean kontrola dezakete (1-11).Pultsuak eta arnasketak, bizi-seinaleen ezinbesteko bi osagai gisa, egoera fisiologikoaren ebaluazio zehatza eta erlazionatutako gaixotasunen diagnostikoari eta pronostikoari buruzko ikuspegi nabarmenak eman ditzakete (12-21).Orain arte, seinale fisiologiko sotilak detektatzeko eramangarri diren elektronika gehienak substratu ultrameheetan oinarritzen dira, hala nola polietileno tereftalato, polidimetilsiloxano, poliimida, beira eta silikona (22-26).Larruazalean erabiltzeko substratu hauen eragozpen bat formatu planar eta zurrunetan datza.Ondorioz, zintak, tirita edo bestelako osagarri mekanikoak behar dira elektronika eramangarrien eta giza larruazalaren artean kontaktu trinkoa ezartzeko, eta horrek narritadura eta eragozpenak sor ditzake erabilera-epe luzeetan (27, 28).Gainera, substratu hauek airearen iragazkortasun eskasa dute, eta ondoeza sortzen dute epe luzerako eta etengabeko osasuna kontrolatzeko erabiltzen direnean.Osasun arloan aipatutako arazoak arintzeko, batez ere eguneroko erabileran, ehun adimendunek irtenbide fidagarria eskaintzen dute.Ehun hauek leuntasuna, pisu arina eta transpiragarritasunaren ezaugarriak dituzte eta, beraz, elektronika eramangarrietan erosotasuna lortzeko potentziala.Azken urteotan, ahalegin handia egin da ehungintzan oinarritutako sistemak garatzeko sentsore sentikorretan, energia bilketa eta biltegiratzeetan (29-39).Bereziki, pultsu eta arnas seinaleen monitorizazioan aplikatzen diren zuntz optikoaren, piezoelektrizitatearen eta erresistentzian oinarritutako ehun adimendunen inguruko ikerketa arrakastatsuen berri eman da (40-43).Hala ere, ehun adimendun hauek normalean sentsibilitate txikia eta monitorizazio-parametro bakarra dute eta ezin dira eskala handian fabrikatu (S1 taula).Pultsuaren neurketaren kasuan, informazio zehatza atzematea zaila da pultsuaren fluktuazio ahula eta azkarra delako (adibidez, bere ezaugarri-puntuak), eta, beraz, sentsibilitate handia eta maiztasun-erantzunaren errendimendu egokia behar dira.
Azterketa honetan, ehungintza osoko sentsore-sorta triboelektriko bat (TATSA) aurkezten dugu, presio sotila epidermikoa harrapatzeko sentsibilitate handikoa, cardigan puntu oso batean hari eroaleekin eta nylonezko hariekin ehunduta.TATSA-k presio handiko sentikortasuna (7,84 mV Pa−1), erantzun-denbora azkarra (20 ms), egonkortasuna (>100.000 ziklo), lan-maiztasun-banda zabalera (20 Hz arte) eta makina garbitzeko gaitasuna (>40 garbiketa) eman ditzake.Diskrezio, erosotasun eta erakargarritasun estetikoarekin arropetan eroso integratzeko gai da.Nabarmentzekoa, gure TATSA lepoko, eskumuturreko, hatz-muturreko eta orkatiletako posizioetako pultsu-uhinei eta sabeleko eta bularreko arnas-uhinei dagozkien ehunaren gune ezberdinetan zuzenean sar daiteke.TATSAk denbora errealean eta urruneko osasunaren monitorizazioan duen errendimendu bikaina ebaluatzeko, osasunaren monitorizazio sistema adimendun pertsonalizatu bat garatzen dugu gaixotasun kardiobaskularren (CAD) eta loaren apnearen sindromearen (SAS) analisirako seinale fisiologikoak etengabe jaso eta gordetzeko. ).
1A. irudian azaltzen den bezala, bi TATSA alkandora baten eskumuturrean eta bularrean josi ziren pultsuaren eta arnas seinaleen jarraipen dinamikoa eta aldiberekoa ahalbidetzeko, hurrenez hurren.Seinale fisiologiko hauek haririk gabe transmititu ziren terminal mugikor adimendunaren aplikaziora (APP) osasun egoera aztertzeko.1B irudiak TATSA oihal zati batean josita erakusten du, eta txertaketak TATSAren ikuspegi handitua erakusten du, hari eroale ezaugarriak eta nylonezko hari komertziala erabiliz elkarrekin cardigan puntu oso batean.Oinarrizko puntu arruntarekin alderatuta, puntuzko metodo ohikoena eta oinarrizkoena, cardigan puntu osoa aukeratu zen, hari eroalearen begiztaren buruaren eta nylonezko hariaren ondoan dagoen tuck stitch buruaren arteko kontaktua (S1 irudia) gainazal bat delako. kontaktu puntu bat baino, efektu triboelektriko handiko akzio-eremu handiagoa ekarriz.Hari eroalea prestatzeko, altzairu herdoilgaitza hautatu genuen nukleo finkoko zuntz gisa, eta geruza bakarreko terilenozko harizko hainbat pieza nukleoaren zuntzaren inguruan bihurritu ziren 0,2 mm-ko diametroa zuen hari eroale batean (S2. irudia), zeina balio zuena. bai elektrifikazio-azalera bai elektrodo eroalea.Nylon hariak, 0,15 mm-ko diametroa zuen eta beste elektrifikazio gainazale gisa balio zuena, trakzio-indar handia zuen, konputaezinezko hariek bihurritzen baitzuten (S3. irud.).1. irudiak (C eta D, hurrenez hurren) fabrikatutako hari eroalearen eta nylonezko hariaren argazkiak erakusten ditu.Txertatzeek dagozkien ekorketa-mikroskopia elektronikoaren (SEM) irudiak erakusten dituzte, hari eroalearen eta nylonezko hariaren gainazalaren sekzio tipiko bat erakusten dutenak.Hari eroaleen eta nylonezko trakzio-erresistentzia handiak ehuntzeko gaitasuna bermatzen zuen makina industrial batean sentsore guztien errendimendu uniformea mantentzeko.1E irudian ikusten den bezala, hari eroaleak, nylonezko hariak eta hari arruntak dagozkien konoetan zauritu ziren, eta gero ehungintza automatikorako ehungintza automatikorako (S1 filma) automatizatutako puntuzko makina lauan kargatzen ziren.irudian ikusten den bezala.S4, hainbat TATSA oihal arruntarekin batera puntuz egin ziren makina industriala erabiliz.0,85 mm-ko lodiera eta 0,28 g-ko pisua duen TATSA bakar bat egitura osotik molda liteke banakako erabilerarako, beste oihal batzuekin bateragarritasun bikaina erakutsiz.Horrez gain, TATSA-ak hainbat koloretan diseina litezke eskakizun estetikoak eta modan betetzeko, nylonezko hari komertzialen aniztasuna dela eta (1F. irudia eta S5. irudia).Fabrikatutako TATSAek leuntasun bikaina dute eta tolestura edo deformazio gogorrak jasateko gaitasuna dute (S6. irud.).1G irudiak TATSA zuzenean jertse baten sabelean eta eskumuturrean jositakoa erakusten du.Jertsea puntuz egiteko prozesua irudian ageri da.S7 eta S2 filma.TATSA luzatuaren aurreko eta atzealdeko xehetasunak sabeleko posizioan agertzen dira.S8 (A eta B, hurrenez hurren), eta hari eroalearen eta nylonezko hariaren posizioa irudian azaltzen da.S8C.Hemen ikus daiteke TATSA ehun arruntetan txerta daitekeela itxura zuhur eta adimentsu baterako.
(A) Bi TATSA alkandora batean integratuta pultsu eta arnas seinaleak denbora errealean kontrolatzeko.(B) TATSA eta arropa konbinazioaren ilustrazio eskematikoa.Txertaketak sentsorearen ikuspegi handitua erakusten du.(C) Hari eroalearen argazkia (eskala barra, 4 cm).Sartzea hari eroalearen (eskala-barra, 100 μm) sekzioaren SEM irudia da, altzairu herdoilgaitzez eta terilenozko hariz osatuta dagoena.(D) Nylonezko hariaren argazkia (eskala barra, 4 cm).Txertaketa nylonezko hariaren gainazaleko SEM irudia da (eskala barra, 100 μm).(E) TATSAen ehunketa automatikoa egiten ari den puntu lau informatizatuaren irudia.(F) TATSAen argazkia kolore ezberdinetan (eskala barra, 2 cm).TATSA bihurritua da txertaketa, bere leuntasun bikaina erakusten duena.(G) Bi TATSAren argazkia jertse batean guztiz eta josirik gabe.Argazkia: Wenjing Fan, Chongqing Unibertsitatea.
TATSAren funtzionamendu-mekanismoa aztertzeko, bere propietate mekanikoak eta elektrikoak barne, TATSA-ren puntuzko eredu geometriko bat eraiki dugu, 2A irudian ikusten den moduan.Kardigan puntu osoa erabiliz, hari eroaleak eta nylonezko hariak uztartzen dira begizta-unitateen formatan, ibilbidean eta wale norabidean.Begizta-egitura bakar batek (S1. irudia) begizta-buru bat, begizta-besoa, saihets-gurutze zatia, tuck stitch besoa eta tuck stitch burua ditu.Bi hari ezberdinen arteko ukipen-azalera bi forma aurki daitezke: (i) hari eroalearen begizta-buruaren eta nylonezko hariaren tuck stitch buruaren arteko kontaktu-azalera eta (ii) begizta-buruaren arteko kontaktu-azalera. nylonezko haria eta hari eroalearen tuck stitch burua.
(A) TATSA puntuzko begizten aurreko, eskuineko eta goiko aldeekin.(B) TATSA baten indarraren banaketaren simulazio-emaitza 2 kPa-ko presio aplikatuan COMSOL softwarea erabiliz.(C) Kontaktu-unitate baten karga-transferentziaren irudi eskematikoak zirkuitulabur-baldintzetan.(D) Kontaktu-unitate baten karga banaketaren simulazio-emaitzak zirkuitu irekiko baldintzapean COMSOL softwarea erabiliz.
TATSAren lan-printzipioa bi alderditan azal daiteke: kanpoko indarraren estimulazioa eta bere karga induzitua.Kanpoko indar-estimuluari erantzuteko tentsioaren banaketa intuitiboki ulertzeko, elementu finituen analisia erabili dugu COMSOL softwarea erabiliz, 2 eta 0,2 kPa-ko kanpoko indar desberdinetan, 2B irudian eta 2. irud.S9.Esfortzua bi harien kontaktu gainazaletan agertzen da.irudian ikusten den bezala.S10, bi begizta unitate kontuan hartu ditugu tentsioaren banaketa argitzeko.Bi kanpoko indar ezberdinen tentsioaren banaketa alderatzean, hari eroaleen eta nylonezko harien gainazaleko tentsioa handitu egiten da kanpoko indarra handitu ahala, bi harien arteko kontaktua eta estrusioa eraginez.Kanpoko indarra askatu ondoren, bi hariak banandu eta elkarrengandik urrundu egiten dira.
Hari eroalearen eta nylonezko hariaren arteko kontaktu-bereizketaren mugimenduek karga-transferentzia eragiten dute, triboelektrifikazioaren eta indukzio elektrostatikoaren konjuntzioari egozten zaiona.Elektrizitatea sortzeko prozesua argitzeko, bi hariak elkarren artean ukitzen duten eremuaren zeharkako sekzioa aztertuko dugu (2C1. irudia).2. irudian (C2 eta C3, hurrenez hurren) frogatzen den bezala, TATSA kanpoko indarrak estimulatzen duenean eta bi hariak elkarren artean kontaktuan jartzen direnean, elektrifikazioa gertatzen da hari eroaleen eta nylonezkoen gainazalean, eta karga baliokideak kontrakoarekin. polaritateak sortzen dira bi harien gainazalean.Bi hariak bereizten direnean, karga positiboak eragiten dira barruko altzairu herdoilgaitzean indukzio elektrostatikoen efektuagatik.Irudian eskema osoa ageri da.S11.Elektrizitatea sortzeko prozesuaren ulermen kuantitatiboagoa lortzeko, TATSAren banaketa potentziala simulatu dugu COMSOL softwarea erabiliz (2D. irudia).Bi materialak kontaktuan daudenean, karga batez ere marruskadura-materialean biltzen da, eta elektrodoan induzitutako karga kopuru txiki bat baino ez dago, potentzial txikia sortzen da (2D. irudia, behea).Bi materialak bereizten direnean (2D. irudia, goian), elektrodoaren karga induzitua handitu egiten da potentzial-diferentzia dela eta, eta dagokion potentziala handitu egiten da, eta horrek esperimentuetatik lortutako emaitzen eta simulazioetatik ateratako emaitzen arteko adostasun ona erakusten du. .Gainera, TATSA-ren elektrodo eroalea terilenozko hariz bilduta dagoenez eta azala bi marruskadura-materialekin kontaktuan dagoenez, beraz, TATSA larruazalera zuzenean eramaten denean, karga kanpoko indarraren menpe dago eta ez da izango. larruaz ahuldu.
Gure TATSAren errendimendua hainbat alderditan ezaugarritzeko, funtzio-sorgailu bat, potentzia-anplifikadorea, astingailu elektrodinamikoa, indar-neurgailua, elektrometroa eta ordenagailua dituen neurketa-sistema bat eskaini dugu (S12. irudia).Sistema honek 7 kPa arteko kanpoko presio dinamikoa sortzen du.Esperimentuan, TATSA plastikozko xafla lau batean jarri zen egoera librean, eta irteerako seinale elektrikoak elektrometroak erregistratzen ditu.
Hari eroaleen eta nylonezko zehaztapenek TATSAren irteerako errendimenduari eragiten diote, ukipen-azalera eta kanpoko presioa hautemateko gaitasuna zehazten baitute.Hori ikertzeko, bi harien hiru tamaina egin ditugu, hurrenez hurren: 150D/3, 210D/3 eta 250D/3-ko hari eroalea eta 150D/6, 210D/6 eta 250D-ko nylonezko haria. /6 (D, denier; hari indibidualen zuntz-lodiera zehazteko erabiltzen den neurri-unitatea; denier kopuru handia duten ehunak lodiak izan ohi dira).Ondoren, tamaina ezberdineko bi hari hauek aukeratu genituen sentsore batean lotzeko, eta TATSAren dimentsioa 3 cm-z 3 cm-tan mantendu zen 16 begizta-zenbakiarekin wale norabidean eta 10 kurtsoaren norabidean.Horrela, puntuzko bederatzi eredu dituzten sentsoreak lortu dira.150D/3 tamainako hari eroalearen sentsorea eta 150D/6 tamainako nylonezko haria izan zen meheena, eta hari eroalearen sentsorea 250D/3 tamainakoa eta nylonezko haria 250D/tamaina duena. 6 zen lodiena.0,1 eta 7 kPa arteko kitzikapen mekaniko baten pean, eredu horien irteera elektrikoak sistematikoki ikertu eta probatu ziren, 3A irudian ikusten den moduan.Bederatzi TATSAren irteerako tentsioak handitu egin ziren aplikatutako presioa handitu ahala, 0,1etik 4 kPa-ra.Zehazki, puntuzko eredu guztien artean, 210D/3 hari eroalearen eta 210D/6 nylonezko hariaren zehaztapenak irteera elektriko handiena eman zuen eta sentsibilitate handiena erakutsi zuen.Irteerako tentsioak goranzko joera izan zuen TATSAren lodiera handitzean (kontaktu-azalera nahikoa dela eta) TATSA 210D/3 hari eroalea eta 210D/6 nylonezko haria erabiliz puntuz egin zen arte.Lodiera gehiago handitzeak hariek kanpoko presioa xurgatzea ekarriko lukeenez, irteerako tentsioa jaitsi egin da.Gainera, azpimarratzen da presio baxuko eskualdean (<4 kPa), irteerako tentsioaren aldakuntza lineal ondo portatu batek presioarekin 7,84 mV Pa−1-ko presio-sentsibilitate handiagoa eman zuela.Presio handiko eskualdean (>4 kPa), 0,31 mV Pa−1-ko presio-sentsibilitate txikiagoa ikusi zen esperimentalki marruskadura-eremu eraginkorraren saturazioa zela eta.Antzeko presio-sentsibilitatea frogatu zen indarra aplikatzeko kontrako prozesuan.Irteerako tentsioaren eta korrontearen denbora-profil zehatzak presio desberdinetan azaltzen dira.S13 (A eta B, hurrenez hurren).
(A) Hari eroalearen (150D/3, 210D/3 eta 250D/3) nylonezko hariarekin (150D/6, 210D/6 eta 250D/6) konbinatutako bederatzi ehundura-ereduren azpiko irteera-tentsioa.(B) Ehun-eremu bereko begizta-unitate kopuru ezberdinen tentsio-erantzuna begizta-zenbakia wale noranzkoan aldatu gabe mantentzen denean.(C) Maiztasun-erantzunak 1 kPa-ko presio dinamikoan eta 1 Hz-eko presio-sarrerako maiztasuna pean erakusten dituzten grafikoak.(D) Irteera eta korronte tentsio desberdinak 1, 5, 10 eta 20 Hz-ko maiztasunen azpian.(E) TATSA baten iraunkortasun-proba 1 kPa-ko presiopean.(F) TATSAren irteera-ezaugarriak 20 eta 40 aldiz garbitu ondoren.
Sentikortasuna eta irteerako tentsioa TATSA-ren puntu-dentsitateak ere eragina izan zuen, ehun-eremu neurtutako begizten kopuruaren arabera zehaztu zena.Puntuen dentsitatea handitzeak oihalaren egitura trinkotasun handiagoa ekarriko luke.3B irudiak 3 cm x 3 cm-ko ehun-eremuko begizta-zenbaki desberdinen azpian irteerako errendimenduak erakusten ditu, eta txertaketak begizta-unitate baten egitura erakusten du (begizta-zenbakia kurtsoaren norabidean 10ean mantendu dugu, eta begizta-zenbakia. Wale norabidea 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 eta 26 zen).Begizta-zenbakia handituz, irteerako tentsioak goranzko joera agertu zuen lehenengo kontaktu-azalera handitzen zelako, irteerako tentsioaren maximoa 7,5 V-eko 180ko begizta-zenbakia izan arte. Puntu honen ondoren, irteerako tentsioak beheranzko joera bat jarraitu zuen. TATSA estu bihurtu zen, eta bi hariek kontaktu-bereizketaren espazio murriztua zuten.Dentsitateak irteeran eragin handia duen zein norabidetan aztertzeko, TATSA-ren begizta-zenbakia 18an mantendu dugu wale norabidean, eta ibilbidearen norabideko begizta-zenbakia 7, 8, 9, 10 izan da. 11, 12, 13 eta 14. Dagozkion irteera-tentsioak irudian agertzen dira.S14.Konparatuz, ikus dezakegu ibilbideko noranzkoan dentsitateak eragin handiagoa duela irteerako tentsioan.Ondorioz, 210D/3 hari eroalearen eta 210D/6 nylonezko hariaren eta 180 begizta-unitateen puntuzko eredua aukeratu zen TATSA puntuz egiteko, irteerako ezaugarrien ebaluazio integrala egin ondoren.Gainera, ehun-sentsore biren irteera-seinaleak alderatu ditugu cardigan puntu osoa eta puntu arrunta erabiliz.irudian ikusten den bezala.S15, irteera elektrikoa eta sentikortasuna cardigan puntu osoa erabiliz puntu arrunta erabiliz baino askoz handiagoa da.
Denbora errealeko seinaleak monitorizatzeko erantzun-denbora neurtu da.Gure sentsoreak kanpoko indarrekiko erantzun-denbora aztertzeko, irteerako tentsio-seinaleak 1 eta 20 Hz arteko maiztasuneko presio dinamikoko sarrerarekin alderatu ditugu (3C irudia eta S16 irudia, hurrenez hurren).Irteerako tentsio-uhin-formak sarrerako presio-uhin sinusoidalen ia berdinak ziren 1 kPa-ko presiopean, eta irteerako uhinek erantzun-denbora azkarra zuten (20 ms inguru).Histeresi hau kanpoko indarra jaso ondoren lehenbailehen jatorrizko egoerara itzuli ez izanari legokioke egitura elastikoa.Hala ere, histeresi txiki hau denbora errealeko monitorizazioa onargarria da.Presio dinamikoa maiztasun-tarte jakin batekin lortzeko, TATSAren maiztasun-erantzun egokia espero da.Horrela, TATSAren maiztasunaren ezaugarria ere probatu zen.Kanpoko maiztasun kitzikagarria handituz, irteerako tentsioaren anplitudea ia aldatu gabe geratu zen, eta korrontearen anplitudea handitu zen tapping-maiztasunak 1 eta 20 Hz artekoak aldatzen zirenean (3D. irudia).
TATSAren errepikakortasuna, egonkortasuna eta iraunkortasuna ebaluatzeko, irteerako tentsioa eta korrontearen erantzunak probatu ditugu presio karga-deskarga zikloetan.Sentsoreari 1 kPa-ko presioa 5 Hz-ko maiztasuna ezarri zitzaion.Punta-puntako tentsioa eta korrontea 100.000 karga-deskarga-zikloren ondoren erregistratu ziren (3E irudia eta S17 irudia, hurrenez hurren).Tentsioaren eta korrontearen uhin-formaren ikuspegi handituak 3E irudiaren eta irudian txertatzean agertzen dira.S17, hurrenez hurren.Emaitzek TATSAren errepikakortasun, egonkortasun eta iraunkortasun nabarmena erakusten dute.Garbigarritasuna ere TATSAren funtsezko ebaluazio-irizpidea da ehungintza osoko gailu gisa.Garbiketa gaitasuna ebaluatzeko, sentsorearen irteerako tentsioa probatu dugu TATSA makinaz garbitu ondoren Ehungintza Kimikoen eta Koloregileen Elkartearen (AATCC) Test Method 135-2017 arabera.Garbiketa-prozedura zehatza Materialak eta Metodoak atalean deskribatzen da.3F irudian ikusten den bezala, irteera elektrikoak 20 aldiz eta 40 aldiz garbitu ondoren erregistratu ziren, eta horrek frogatu zuen ez zela irteerako tentsioaren aldaketa bereizirik egon garbiketa probetan zehar.Emaitza hauek TATSAren garbigarritasun nabarmena egiaztatzen dute.Ehungintza-sentsore eramangarri gisa, TATSA trakzio-baldintzetan (S18. irud.), bihurrituta (S19. irud.) eta hezetasun-baldintza desberdinetan (S20. irud.) irteteko errendimendua ere aztertu genuen.
Goian erakutsitako TATSAren abantaila ugarien arabera, haririk gabeko osasuna kontrolatzeko sistema mugikorra (WMHMS) garatu genuen, seinale fisiologikoak etengabe jasotzeko eta paziente bati aholku profesionalak emateko gaitasuna duena.4A irudiak TATSAn oinarritutako WMHMS-ren eskema-diagrama erakusten du.Sistemak lau osagai ditu: seinale fisiologiko analogikoak eskuratzeko TATSA, behe-iragazkia duen girotze zirkuitu analogikoa (MAX7427) eta anplifikadorea (MAX4465) xehetasun nahikoak eta seinaleen sinkronismo bikaina ziurtatzeko, analogikotik digitala. Seinale analogikoak seinale digitaletara biltzeko eta bihurtzeko mikrokontrolagailu batean oinarritutako bihurgailua, eta Bluetooth modulu bat (CC2640 potentzia baxuko Bluetooth txipa) seinale digitala telefono mugikorreko terminalaren aplikaziora transmititzeko (APP; Huawei Honor 9).Azterketa honetan, TATSA josi genuen parpailak, eskumuturrekoak, hatz-zuloak eta galtzerdi batean, 4B irudian ikusten den moduan.
(A) WMHMSren ilustrazioa.(B) TATSA-en argazkiak eskumuturreko, hatz-zulo batean, galtzerdi eta bularreko uhal batean jositako argazkiak, hurrenez hurren.Pultsuaren neurketa (C1) lepoan, (D1) eskumuturrean, (E1) hatz-muturrean eta (F1) orkatilan.Pultsu-uhin-forma (C2) lepoan, (D2) eskumuturrean, (E2) hatz-muturrean eta (F2) orkatila.(G) Adin ezberdinetako pultsu-uhinak.(H) Pultsu-uhin bakarraren analisia.Handitze-indize erradiala (AIx) AIx (%) = P2/P1 gisa definitua.P1 aurrera doan uhinaren gailurra da, eta P2 islatutako uhinaren gailurra.(I) Brakialaren eta orkatilaren pultsu-zikloa.Pultsu-uhinaren abiadura (PWV) PWV = D/∆T honela definitzen da.D orkatila eta brakialaren arteko distantzia da.∆T orkatilaren eta pultsu brakialaren uhinen gailurren arteko denbora atzerapena da.PTT, pultsuen igarotze-denbora.(J) AIx eta brachial-orkatilaren PWV (BAPWV) alderatzea osasuntsu eta CADen artean.*P <0,01, **P <0,001 eta ***P <0,05.HTN, hipertentsioa;CHD, gaixotasun koronarioa;DM, diabetes mellitus.Argazkia: Jin Yang, Chongqing Unibertsitatea.
Giza gorputzeko atal ezberdinen pultsu-seinaleak kontrolatzeko, aipatutako apaingarriak TATSAekin lotu ditugu dagozkien posizioetan: lepoa (4C1. irudia), eskumuturra (4D1. irudia), hatz-muturra (4E1. irudia) eta orkatila (4F1. irudia). ), S3 eta S6 pelikuletan landutako moduan.Medikuntzan, pultsu-uhinean hiru ezaugarri nabarmen daude: P1 uhin aurreratuaren gailurra, P2 islatutako uhinaren gailurra eta P3 uhin dikrotikoaren gailurra.Ezaugarri puntu horien ezaugarriek sistema kardiobaskularrekin lotutako arteria elastikotasunaren, erresistentzia periferikoaren eta ezkerreko bentrikuluaren uzkurkortasunaren osasun egoera islatzen dute.Goiko lau posizioetan 25 urteko emakume baten pultsu-uhinak eskuratu eta erregistratu ziren gure proban.Kontuan izan bereizgarri diren hiru ezaugarri puntuak (P1etik P3ra) pultsu-uhinean lepoan, eskumuturrean eta hatz-muturren posizioetan ikusi zirela, 4. irudian (C2tik E2ra).Aitzitik, orkatilaren posizioan P1 eta P3 bakarrik agertzen ziren pultsu-uhinean, eta P2 ez zegoen (4F2. irudia).Emaitza hau ezkerreko bentrikuluak kanporatutako sarrerako odol-uhinaren eta beheko gorputz-adarretako islatutako uhinaren gainjartzeak eragin zuen (44).Aurretik egindako ikerketek erakutsi dute P2 goiko muturretan neurtutako uhin-formatan agertzen dela, baina ez orkatilan (45, 46).TATSArekin neurtutako uhin-formetan antzeko emaitzak ikusi ditugu, irudian ikusten den bezala.S21, hemen aztertutako 80 pazienteko biztanleriaren datu tipikoak erakusten dituena.Ikus dezakegu P2 ez zela orkatilan neurtutako pultsu-uhin horietan agertzen, TATSAk uhinaren barruan ezaugarri sotilak detektatzeko duen gaitasuna erakutsiz.Pultsuaren neurketa-emaitza hauek gure WMHMS-k goiko eta beheko gorputzaren pultsu-uhinaren ezaugarriak zehaztasunez ezaguta ditzakeela eta beste lan batzuen gainetik dagoela adierazten dute (41, 47).Gure TATSA adin desberdinetara zabal daitekeela adierazteko, 80 subjekturen pultsu-uhinak neurtu genituen adin ezberdinetan, eta datu tipiko batzuk erakutsi genituen, irudian erakusten den moduan.S22.4G irudian ikusten den bezala, 25, 45 eta 65 urteko hiru parte-hartzaile aukeratu genituen, eta hiru ezaugarri nabarmenak ziren parte-hartzaile gazte eta adin ertainekoentzat.Medikuntzako literaturaren arabera (48), pertsona gehienen pultsu-uhinen ezaugarriak zahartzen joan ahala aldatzen dira, hala nola, P2 puntua desagertzea, hau da, islatutako uhinak aurrera egiten duen uhinaren gainjartzeko uhinaren murrizketaren ondorioz. elastikotasun baskularra.Fenomeno hau bildu ditugun uhin-formetan ere islatzen da, TATSA populazio ezberdinetan aplika daitekeela egiaztatuz.
Pultsu-uhin-formak gizabanakoaren egoera fisiologikoak ez ezik, proba-baldintzek ere eragiten dute.Hori dela eta, pultsu-seinaleak TATSA eta larruazalaren arteko ukipen-estentsio ezberdinetan (S23. irud.) eta neurketa-guneko detekzio-posizio ezberdinetan (S24. irud.) neurtu genituen.TATSA-k pultsu-uhin koherenteak lor ditzakeela ontziaren inguruko informazio zehatzarekin, neurketa-guneko detekzio-eremu eraginkor handi batean aurki daiteke.Horrez gain, irteera-seinale desberdinak daude TATSAren eta azalaren arteko kontaktu-estutasun desberdinetan.Gainera, sentsoreak janzten dituzten pertsonen mugimenduak pultsu-seinaleetan eragingo luke.Subjektuaren eskumuturra egoera estatikoan dagoenean, lortutako pultsu-uhinaren anplitudea egonkorra da (S25A irud.);alderantziz, 30 segundotan eskumuturra poliki-poliki -70°-tik 70°-ra arteko angeluan mugitzen denean, pultsu-uhinaren anplitudea aldatu egingo da (S25B irud.).Hala ere, pultsu-uhin-forma bakoitzaren ingerada ikusgai dago, eta oraindik ere pultsu-maiztasuna zehaztasunez lor daiteke.Jakina, giza mugimenduan pultsu-uhinen eskuratze egonkorra lortzeko, lan gehiago ikertu behar dira sentsoreen diseinua eta back-end seinaleen prozesamendua barne.
Gainera, gure TATSA erabiliz lortutako pultsu-uhinen bidez sistema kardiobaskularren egoera aztertzeko eta kuantitatiboki ebaluatzeko, sistema kardiobaskularren ebaluazioaren zehaztapenaren arabera bi parametro hemodinamiko sartu ditugu, hau da, handitze indizea (AIx) eta pultsu-uhinaren abiadura. (PWV), arterien elastikotasuna adierazten dutenak.4H irudian ikusten den bezala, 25 urteko gizon osasuntsuaren eskumuturraren posizioan dagoen pultsu-uhina erabili zen AIx-aren analisirako.Formularen arabera (S1 atala), AIx = % 60 lortu da, hau da, balio normala.Ondoren, aldi berean bi pultsu-uhin bildu ditugu parte-hartzaile honen beso eta orkatila posizioetan (pultsu-uhinaren neurtzeko metodo zehatza Materialak eta metodoak deskribatzen da).4I. irudian ikusten den bezala, bi pultsu-uhinen ezaugarri-puntuak desberdinak ziren.Ondoren, PWV kalkulatu dugu formularen arabera (S1 atala).PWV = 1363 cm/s, hau da, gizonezko heldu osasuntsu batengandik espero den balio ezaugarria, lortu da.Bestalde, ikus dezakegu AIx edo PWVren metrik ez dutela pultsu-uhinaren anplitude-diferentziak eragiten, eta AIx-en balioak hainbat gorputz ataletan.Gure azterketan, AIx erradiala erabili zen.Pertsona ezberdinetan WMHMSren aplikagarritasuna egiaztatzeko, talde osasuntsuko 20 parte-hartzaile aukeratu ditugu, 20 hipertentsioko (HTA) taldean, 20 50 eta 59 urte bitarteko gaixotasun koronarioen taldean, eta 20. diabetes mellitus (DM) taldea.Haien pultsu-uhinak neurtu ditugu eta haien bi parametroak, AIx eta PWV, alderatu ditugu, 4J irudian azaltzen den moduan.HTN, CHD eta DM taldeen PWV balioak txikiagoak zirela talde osasuntsuenarekin alderatuta eta diferentzia estatistikoa dutela (PHTN ≪ 0,001, PCHD ≪ 0,001 eta PDM ≪ 0,001; P balioak t bidez kalkulatu dira). proba).Bien bitartean, HTN eta CHD taldeen AIx balioak txikiagoak ziren talde osasuntsuarekin alderatuta eta desberdintasun estatistikoa dute (PHTN < 0,01, PCHD < 0,001 eta PDM < 0,05).CHD, HTN edo DM duten parte-hartzaileen PWV eta AIx talde osasuntsukoak baino handiagoak izan ziren.Emaitzek erakusten dute TATSA gai dela pultsu-uhinaren forma zehaztasunez lortzeko parametro kardiobaskularra kalkulatzeko osasun kardiobaskularren egoera ebaluatzeko.Ondorioz, haririk gabeko, bereizmen handiko, sentsibilitate handiko ezaugarriak eta erosotasuna direla eta, TATSAn oinarritutako WMHMSak denbora errealeko monitorizaziorako alternatiba eraginkorragoa eskaintzen du ospitaleetan erabiltzen diren egungo ekipamendu mediko garestiak baino.
Pultsu-uhinaz gain, arnas-informazioa ere funtsezko bizi-seinalea da gizabanakoaren egoera fisikoa ebaluatzen laguntzeko.Gure TATSAn oinarritutako arnasketaren jarraipena ohiko polisomnografia baino erakargarriagoa da, arropetan ezin hobeto integra daitekeelako erosotasun hobea izateko.Bularreko uhal elastiko zuri batean josita, TATSA zuzenean lotzen zen giza gorputzari eta bularraren inguruan bermatzen zen arnasketa kontrolatzeko (5A. irudia eta S7 filma).TATSA deformatu zen saihets-zaihalaren hedapenarekin eta uzkurdurarekin, irteera elektriko bat sortuz.Eskuratutako uhin-forma 5B irudian egiaztatzen da.Fluktuazio handiak (1,8 V-ko anplitudea) eta aldaketa periodikoak (0,5 Hz-ko maiztasuna) dituen seinalea arnas-higidurari zegokion.Fluktuazio-seinale txiki samarra gainjarri zitzaion fluktuazio-seinale handi horri, hau da, bihotz-taupadaren seinalea zen.Arnasketa eta bihotz-taupaden seinaleen maiztasun-ezaugarrien arabera, 0,8 Hz-ko behe-iragazkia eta 0,8-tik 20 Hz arteko banda-iragazkia erabili ditugu arnas eta bihotz-taupaden seinaleak bereizteko, hurrenez hurren, 5C irudian ikusten den moduan. .Kasu honetan, informazio fisiologiko ugariko arnas eta pultsu seinale egonkorrak (adibidez, arnas-maiztasuna, bihotz-taupadak eta pultsu-uhinaren ezaugarri-puntuak) aldi berean eta zehaztasunez lortu ziren TATSA bakarra bularrean jarriz.
(A) Arnasketarekin lotutako presioan seinalea neurtzeko bularrean jarritako TATSAren pantaila erakusten duen argazkia.(B) Bularrean muntatutako TATSArako tentsio-denbora grafikoa.(C) Seinalearen (B) deskonposizioa bihotz taupadetan eta arnas uhin forman.(D) Lotan zehar arnasketa eta pultsua neurtzeko sabelaldean eta eskumuturrean jarritako bi TATSA erakusten dituen argazkia.(E) Parte-hartzaile osasuntsu baten arnas eta pultsu seinaleak.HR, bihotz-maiztasuna;BPM, taupadak minutuko.(F) SASeko parte-hartzaile baten arnas eta pultsu seinaleak.(G) Parte-hartzaile osasuntsu baten arnas seinalea eta PTT.(H) SASeko partaide baten arnas seinalea eta PTT.(I) PTT arousal indizearen eta apnea-hipopnea indizearen (AHI) arteko erlazioa.Argazkia: Wenjing Fan, Chongqing Unibertsitatea.
Gure sentsoreak pultsuak eta arnas seinaleak zehaztasunez eta fidagarritasunez kontrola ditzakeela frogatzeko, esperimentu bat egin genuen gure TATSA eta tresna mediko estandar baten (MHM-6000B) arteko pultsu eta arnasketa seinaleen neurketaren emaitzak alderatzeko, S8 filmetan landutako moduan. eta S9.Pultsu-uhinen neurketan, mediku-tresnaren sentsore fotoelektrikoa neska gazte baten ezkerreko hatz erakuslean eraman zuten, eta, bien bitartean, gure TATSA eskuineko hatz erakuslean.Eskuratutako bi pultsu-uhinetatik, haien ingerada eta xehetasunak berdinak zirela ikus dezakegu, TATSAk neurtutako pultsua tresna medikoak bezain zehatza dela adieraziz.Arnasketa-uhinen neurketan, bost elektrodo elektrokardiografiko lotu zituzten gazte baten gorputzeko bost gunetan mediku argibideen arabera.Aitzitik, TATSA bakarra zegoen zuzenean gorputzari lotuta eta bularraren inguruan bermatuta.Bildutako arnas-seinaleetatik, gure TATSA-k detektatutako arnas-seinalearen aldakuntza-joera eta tasa bat datozela mediku-tresnarekin.Bi konparazio esperimentu hauek gure sentsore sistemaren zehaztasuna, fidagarritasuna eta sinpletasuna balioztatu zuten pultsu eta arnas seinaleak kontrolatzeko.
Gainera, arropa adimendun bat fabrikatu genuen eta bi TATSA josi genituen sabelaldean eta eskumuturraren posizioetan arnas eta pultsu seinaleak kontrolatzeko, hurrenez hurren.Zehazki, kanal bikoitzeko WMHMS garatu bat erabili zen pultsu eta arnas seinaleak aldi berean harrapatzeko.Sistema honen bidez, lo egiten ari zen bitartean (5D irudia eta S10 filma) eta eserita (S26 irudia eta S11 filma) gure arropa adimendunarekin jantzitako 25 urteko gizon baten arnas eta pultsu seinaleak lortu genituen.Eskuratutako arnas- eta pultsu-seinaleak haririk gabe igor litezke telefono mugikorraren APPra.Goian esan bezala, TATSAk arnas eta pultsu seinaleak harrapatzeko gaitasuna du.Bi seinale fisiologiko hauek SAS medikoki kalkulatzeko irizpideak ere badira.Hori dela eta, gure TATSA loaren kalitatea eta erlazionatutako loaren nahasteak kontrolatzeko eta ebaluatzeko ere erabil daiteke.5. irudian (E eta F, hurrenez hurren) erakusten den moduan, bi parte-hartzaileen pultsu eta arnas uhin-formak etengabe neurtu ditugu, osasuntsu batena eta SAS duen paziente batena.Apnearik gabeko pertsonarentzat, neurtutako arnas- eta pultsu-maiztasunak egonkor mantendu ziren 15 eta 70, hurrenez hurren.SAS duen pazientearentzat, 24 s-ko apnea bereizia ikusi zen, arnas-gertaera oztopatzaile baten adierazgarri dena, eta bihotz-taupadak apur bat gora egin zuen apnea-aldi baten ondoren, nerbio-sistemaren erregulazioaren ondorioz (49).Laburbilduz, arnas egoera gure TATSAk ebaluatu dezake.
Pultsuaren eta arnas-seinaleen bidez SAS mota gehiago ebaluatzeko, pultsuaren igarotze-denbora (PTT) aztertu dugu, gizon osasuntsu baten eta gaixo baten erresistentzia baskular periferikoaren eta presio torazikoaren (S1 atalean definitua) aldaketak islatzen dituen adierazle ez inbaditzailea. SAS.Parte-hartzaile osasuntsuarentzat, arnas tasa aldatu gabe geratu zen, eta PTT nahiko egonkorra zen 180-310 ms-ra (5G. irudia).Hala ere, SAS parte-hartzailearentzat, PTT etengabe handitu zen 120-tik 310 ms-ra apnean zehar (5H. irudia).Horrela, parte-hartzaileari SAS oztopatzailea (OSAS) diagnostikatu zioten.PTTaren aldaketa apnean zehar jaitsiko balitz, egoera loaren apnea zentralaren sindromea (CSAS) gisa zehaztuko litzateke eta bi sintoma hauek aldi berean existituko balira, orduan SAS mistoa (MSAS) gisa diagnostikatuko litzateke.SASen larritasuna ebaluatzeko, bildutako seinaleak gehiago aztertu ditugu.PTT arousal-indizea, hau da, orduko PTT arousal-kopurua (PTT arousal-a ≥15 ms-ko ≥3 s-ko iraupena duen PTTren jaitsiera gisa definitzen da), ezinbestekoa du SAS maila ebaluatzeko.Apnea-hipopnea indizea (AHI) SAS gradua zehazteko estandar bat da (apnea arnasa etetea da, eta hipopnea azaleregia da arnasketa edo arnas tasa anormalki baxua), hau da, bakoitzeko apnea eta hipopnea kopurua bezala definitzen da. lo egiten duzun ordua (AHIren eta OSASen balorazio-irizpideen arteko erlazioa S2 taulan ageri da).AHI eta PTT arousal indizearen arteko erlazioa ikertzeko, SAS duten 20 pazienteren arnas seinaleak hautatu eta TATSAekin aztertu ziren.5I. Irudian ikusten den bezala, PTT arousal-indizeak positiboki erlazionatu zuen AHIrekin, loan zehar apneak eta hipopneak odol-presioaren igoera nabaria eta iragankorra eragiten baitute, PTTaren jaitsiera eraginez.Hori dela eta, gure TATSAk pultsu eta arnas seinale egonkor eta zehatzak lor ditzake aldi berean, eta horrela sistema kardiobaskularrari eta SASari buruzko informazio fisiologiko garrantzitsua emanez erlazionatutako gaixotasunen jarraipena eta ebaluazioa egiteko.
Laburbilduz, TATSA bat garatu dugu cardigan puntu osoa erabiliz seinale fisiologiko desberdinak aldi berean detektatzeko.Sentsore honek 7,84 mV Pa−1eko sentsibilitate handia zuen, 20 ms-ko erantzun-denbora azkarra, 100.000 ziklo baino gehiagoko egonkortasun handia eta lan-frekuentziako banda zabalera zabala zituen.TATSA oinarri hartuta, WMHMS bat ere garatu zen, neurtutako parametro fisiologikoak telefono mugikor batera transmititzeko.TATSA arropa gune desberdinetan sar daiteke diseinu estetikorako eta aldi berean pultsuak eta arnas seinaleak denbora errealean kontrolatzeko erabil daiteke.Sistema aplika daiteke pertsona osasuntsuak eta CAD edo SAS dutenak bereizten laguntzeko, informazio zehatza harrapatzeko duen gaitasunagatik.Azterketa honek giza pultsua eta arnasketa neurtzeko ikuspegi erosoa, eraginkorra eta erabilerraza eskaini zuen, ehungintza eramangarrien elektronika garatzeko aurrerapen bat irudikatuz.
Altzairu herdoilgaitza behin eta berriz pasatzen zen moldetik eta luzatzen zen 10 μm-ko diametroa duen zuntza osatuz.Elektrodo gisa altzairu herdoilgaitzezko zuntz bat geruza bakarreko Terylene hari komertzialen hainbat zatitan sartu zen.
Funtzio-sorgailu bat (Stanford DS345) eta anplifikadorea (LabworkPa-13) erabili ziren presio-seinale sinusoidala emateko.Indar-sorta bikoitzeko sentsore bat (Vernier Software & Technology LLC) erabili zen TATSAri aplikatutako kanpoko presioa neurtzeko.Keithley sistemako elektrometroa (Keithley 6514) TATSAren irteerako tentsioa eta korrontea kontrolatzeko eta erregistratzeko erabili zen.
AATCC Test Method 135-2017 arabera, TATSA eta nahikoa balasto erabili genituen 1,8 kg-ko karga gisa eta, ondoren, garbiketa-makina komertzial batean sartu genituen (Labtex LBT-M6T) makina garbitzeko ziklo delikatuak egiteko.Ondoren, garbigailua 18 litro urez bete genuen 25°C-tan eta garbigailua ezarri genuen aukeratutako garbiketa-ziklorako eta denborarako (agitazio-abiadura, 119 kolpe minutuko; garbiketa-denbora, 6 min; azken iragazketa-abiadura, 430 rpm; azkena. biratze denbora, 3 min).Azkenik, TATSA lehorra zintzilikatu zen aire geldian 26 °C baino handiagoa ez den giro-tenperaturan.
Subjektuei ohean etzanda egoteko agindu zieten.TATSA jarri zen neurketa guneetan.Behin subjektuak supine posizio estandarrean zeudenean, erabat erlaxatuta mantendu zuten 5 eta 10 minutuz.Pultsu seinalea neurtzen hasi zen orduan.
Artikulu honen material osagarria https://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/11/eaay2840/DC1 helbidean dago eskuragarri
S9 irudia.TATSA baten indarraren banaketaren simulazio-emaitza 0,2 kPa-ko presio aplikatuan COMSOL softwarea erabiliz.
S10 irudia.Ukipen-unitate baten indar banaketaren simulazio-emaitzak 0,2 eta 2 kPa-tan aplikatutako presioetan, hurrenez hurren.
S11 irudia.Kontaktu-unitate baten karga-transferentziaren irudi eskematiko osatuak zirkuitulabur-baldintzetan.
S13 irudia.TATSAren etengabeko irteerako tentsioa eta korrontea neurketa-ziklo batean etengabe aplikatutako kanpoko presioari erantzunez.
S14 irudia.Oihal-eremu bereko begizta-unitate kopuru ezberdinei tentsio-erantzuna begizta-zenbakia wale noranzkoan aldatu gabe mantentzen denean.
S15 irudia.Bi ehun-sentsoreen irteerako errendimenduen arteko konparazioa cardigan puntu osoa eta puntu arrunta erabiliz.
S16 irudia.1 kPa-ko presio dinamikoan eta 3, 5, 7, 9, 10, 11, 13, 15, 18 eta 20 Hz-ko presio-sarrerako maiztasuna erakusten duten maiztasun-erantzunak.
S25 irudia.Sentsorearen irteerako tentsioak subjektua estatiko eta mugimendu baldintzetan zegoenean.
S26 irudia.Sabelaldean eta eskumuturrean aldi berean jarritako TATSA-ak erakusten dituen argazkia, arnasketa eta pultsua neurtzeko, hurrenez hurren.
Creative Commons Aitortu-EzKomertziala lizentziaren baldintzetan banatutako sarbide irekiko artikulua da hau, edozein euskarritan erabiltzeko, banatzeko eta erreproduzitzeko aukera ematen duena, beti ere, ondoriozko erabilera abantaila komertzialerako ez bada eta jatorrizko lana behar bezala bada. aipatua.
OHARRA: Zure helbide elektronikoa baino ez dugu eskatzen, orria gomendatzen diozun pertsonak jakin dezan nahi duzula hura ikustea, eta ez dela zabor posta.Ez dugu helbide elektronikorik hartzen.
Egileak: Wenjing Fan, Qiang He, Keyu Meng, Xulong Tan, Zhihao Zhou, Gaoqiang Zhang, Jin Yang, Zhong Lin Wang
Presio handiko sentsibilitatea eta erosotasuna duen ehungintza osoko sentsore triboelektrikoa garatu da osasuna kontrolatzeko.
Egileak: Wenjing Fan, Qiang He, Keyu Meng, Xulong Tan, Zhihao Zhou, Gaoqiang Zhang, Jin Yang, Zhong Lin Wang
Presio handiko sentsibilitatea eta erosotasuna duen ehungintza osoko sentsore triboelektrikoa garatu da osasuna kontrolatzeko.
© 2020 Zientziaren Aurrerapenerako Amerikako Elkartea.Eskubide guztiak erreserbatuak.AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef eta COUNTER-en bazkidea da.Science Advances ISSN 2375-2548.
Argitalpenaren ordua: 2020-mar-27