व्यक्तिगत स्वास्थ्य प्रबंधन को साकार करने के लिए पहनने योग्य कपड़ा इलेक्ट्रॉनिक्स अत्यधिक वांछनीय हैं।हालांकि, अधिकांश रिपोर्ट किए गए कपड़ा इलेक्ट्रॉनिक्स या तो समय-समय पर एकल शारीरिक संकेत को लक्षित कर सकते हैं या संकेतों के स्पष्ट विवरण को याद कर सकते हैं, जिससे आंशिक स्वास्थ्य मूल्यांकन हो सकता है।इसके अलावा, उत्कृष्ट संपत्ति और आराम वाले वस्त्र अभी भी एक चुनौती बने हुए हैं।यहां, हम उच्च दबाव संवेदनशीलता और आराम के साथ एक ट्राइबोइलेक्ट्रिक ऑल-टेक्सटाइल सेंसर सरणी की रिपोर्ट करते हैं।यह दबाव संवेदनशीलता (7.84 mV Pa−1), तेज प्रतिक्रिया समय (20 ms), स्थिरता (> 100,000 चक्र), व्यापक कार्य आवृत्ति बैंडविड्थ (20 हर्ट्ज तक), और मशीन धोने की क्षमता (> 40 वॉश) प्रदर्शित करता है।गढ़े हुए TATSAs को एक साथ धमनी नाड़ी तरंगों और श्वसन संकेतों की निगरानी के लिए कपड़ों के विभिन्न भागों में सिला गया था।हमने आगे कार्डियोवैस्कुलर बीमारी और स्लीप एपनिया सिंड्रोम के दीर्घकालिक और गैर-आक्रामक मूल्यांकन के लिए एक स्वास्थ्य निगरानी प्रणाली विकसित की है, जो कुछ पुरानी बीमारियों के मात्रात्मक विश्लेषण के लिए महान प्रगति दर्शाती है।
व्यक्तिगत चिकित्सा में उनके आशाजनक अनुप्रयोगों के कारण पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स एक आकर्षक अवसर का प्रतिनिधित्व करते हैं।वे निरंतर, वास्तविक समय और गैर-आक्रामक तरीके से किसी व्यक्ति के स्वास्थ्य की स्थिति की निगरानी कर सकते हैं (1-11)।नाड़ी और श्वसन, महत्वपूर्ण संकेतों के दो अनिवार्य घटकों के रूप में, शारीरिक स्थिति का सटीक मूल्यांकन और संबंधित रोगों के निदान और रोग का निदान में उल्लेखनीय अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते हैं (12-21)।आज तक, सूक्ष्म शारीरिक संकेतों का पता लगाने के लिए अधिकांश पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट, पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन, पॉलीमाइड, ग्लास और सिलिकॉन (22–26) जैसे अल्ट्राथिन सब्सट्रेट पर आधारित होते हैं।त्वचा पर उपयोग के लिए इन सबस्ट्रेट्स की कमी उनके तलीय और कठोर स्वरूपों में निहित है।नतीजतन, पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स और मानव त्वचा के बीच एक कॉम्पैक्ट संपर्क स्थापित करने के लिए टेप, बैंड-एड्स या अन्य यांत्रिक जुड़नार की आवश्यकता होती है, जो उपयोग की विस्तारित अवधि (27, 28) के दौरान जलन और असुविधा पैदा कर सकता है।इसके अलावा, इन सबस्ट्रेट्स में खराब वायु पारगम्यता होती है, जिसके परिणामस्वरूप दीर्घकालिक, निरंतर स्वास्थ्य निगरानी के लिए उपयोग किए जाने पर असुविधा होती है।स्वास्थ्य देखभाल में उपरोक्त मुद्दों को कम करने के लिए, विशेष रूप से दैनिक उपयोग में, स्मार्ट टेक्सटाइल एक विश्वसनीय समाधान प्रदान करते हैं।इन वस्त्रों में कोमलता, हल्के वजन और सांस लेने की क्षमता की विशेषताएं हैं और इस प्रकार, पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स में आराम महसूस करने की क्षमता है।हाल के वर्षों में, संवेदनशील सेंसर, ऊर्जा संचयन और भंडारण (29-39) में कपड़ा आधारित प्रणालियों को विकसित करने के लिए गहन प्रयास किए गए हैं।विशेष रूप से, नाड़ी और श्वसन संकेतों (40-43) की निगरानी में लागू ऑप्टिकल फाइबर, पीजोइलेक्ट्रिकिटी और प्रतिरोधकता-आधारित स्मार्ट वस्त्रों पर सफल शोध की सूचना दी गई है।हालाँकि, इन स्मार्ट टेक्सटाइल्स में आमतौर पर कम संवेदनशीलता और एक निगरानी पैरामीटर होता है और इन्हें बड़े पैमाने पर निर्मित नहीं किया जा सकता है (तालिका S1)।नाड़ी माप के मामले में, नाड़ी की बेहोशी और तेजी से उतार-चढ़ाव (जैसे, इसकी विशेषता बिंदु) के कारण विस्तृत जानकारी को पकड़ना मुश्किल है, और इस प्रकार, उच्च संवेदनशीलता और उचित आवृत्ति प्रतिक्रिया प्रदर्शन की आवश्यकता होती है।
इस अध्ययन में, हम एक पूर्ण कार्डिगन सिलाई में प्रवाहकीय और नायलॉन यार्न के साथ बुना हुआ एपिडर्मल सूक्ष्म दबाव कैप्चरिंग के लिए उच्च संवेदनशीलता के साथ एक ट्राइबोइलेक्ट्रिक ऑल-टेक्सटाइल सेंसर सरणी (टीएटीएसए) पेश करते हैं।TATSA उच्च दबाव संवेदनशीलता (7.84 mV Pa−1), तेज प्रतिक्रिया समय (20 ms), स्थिरता (> 100,000 चक्र), व्यापक कार्य आवृत्ति बैंडविड्थ (20 हर्ट्ज तक), और मशीन धोने की क्षमता (> 40 वॉश) प्रदान कर सकता है।यह विवेक, आराम और सौंदर्य अपील के साथ कपड़ों में खुद को आसानी से एकीकृत करने में सक्षम है।विशेष रूप से, हमारे TATSA को सीधे कपड़े की विभिन्न साइटों में शामिल किया जा सकता है जो गर्दन, कलाई, उंगलियों और टखने की स्थिति में नाड़ी तरंगों और पेट और छाती में श्वसन तरंगों के अनुरूप होते हैं।वास्तविक समय और दूरस्थ स्वास्थ्य निगरानी में टीएटीएसए के उत्कृष्ट प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए, हम हृदय रोग (सीएडी) के विश्लेषण और स्लीप एपनिया सिंड्रोम (एसएएस) के आकलन के लिए शारीरिक संकेतों को लगातार प्राप्त करने और बचाने के लिए एक व्यक्तिगत बुद्धिमान स्वास्थ्य निगरानी प्रणाली विकसित करते हैं। )
जैसा कि चित्र 1ए में दिखाया गया है, दो टीएटीएसए को शर्ट के कफ और छाती में क्रमशः पल्स और श्वसन संकेतों की गतिशील और एक साथ निगरानी को सक्षम करने के लिए सिल दिया गया था।स्वास्थ्य की स्थिति के आगे विश्लेषण के लिए इन शारीरिक संकेतों को वायरलेस रूप से बुद्धिमान मोबाइल टर्मिनल एप्लिकेशन (एपीपी) में प्रेषित किया गया था।चित्र 1बी दिखाता है कि TATSA को कपड़े के एक टुकड़े में सिला गया है, और इनसेट TATSA के बढ़े हुए दृश्य को दिखाता है, जिसे एक पूर्ण कार्डिगन सिलाई में एक साथ विशेषता प्रवाहकीय यार्न और वाणिज्यिक नायलॉन यार्न का उपयोग करके बुना हुआ था।मौलिक सादे सिलाई की तुलना में, सबसे आम और बुनियादी बुनाई विधि, पूर्ण कार्डिगन सिलाई को चुना गया था क्योंकि प्रवाहकीय यार्न के लूप हेड और नायलॉन यार्न (अंजीर। एस 1) के आसन्न टक सिलाई सिर के बीच संपर्क एक सतह है। एक बिंदु संपर्क के बजाय, उच्च ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव के लिए एक बड़े अभिनय क्षेत्र की ओर अग्रसर होता है।प्रवाहकीय यार्न तैयार करने के लिए, हमने स्थिर कोर फाइबर के रूप में स्टेनलेस स्टील का चयन किया, और एक-प्लाई टेरीलीन यार्न के कई टुकड़ों को कोर फाइबर के चारों ओर 0.2 मिमी (अंजीर। S2) के व्यास के साथ एक प्रवाहकीय यार्न में घुमाया गया, जो इस प्रकार काम करता था विद्युतीकरण सतह और संवाहक इलेक्ट्रोड दोनों।नायलॉन यार्न, जिसका व्यास 0.15 मिमी था और एक अन्य विद्युतीकरण सतह के रूप में कार्य करता था, में एक मजबूत तन्यता बल था क्योंकि इसे असंगत यार्न (अंजीर। S3) द्वारा घुमाया गया था।चित्रा 1 (सी और डी, क्रमशः) गढ़े हुए प्रवाहकीय यार्न और नायलॉन यार्न की तस्वीरें दिखाता है।इनसेट उनके संबंधित स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) छवियों को दिखाते हैं, जो प्रवाहकीय यार्न और नायलॉन यार्न की सतह का एक विशिष्ट क्रॉस सेक्शन पेश करते हैं।प्रवाहकीय और नायलॉन यार्न की उच्च तन्यता ताकत ने सभी सेंसर के एक समान प्रदर्शन को बनाए रखने के लिए एक औद्योगिक मशीन पर उनकी बुनाई की क्षमता सुनिश्चित की।जैसा कि चित्र 1ई में दिखाया गया है, प्रवाहकीय यार्न, नायलॉन यार्न और साधारण धागे उनके संबंधित शंकु पर घाव कर दिए गए थे, जिन्हें तब स्वचालित बुनाई (फिल्म S1) के लिए औद्योगिक कम्प्यूटरीकृत फ्लैट बुनाई मशीन पर लोड किया गया था।जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है।S4, कई TATSAs को औद्योगिक मशीन का उपयोग करके साधारण कपड़े से एक साथ बुना गया था।0.85 मिमी की मोटाई और 0.28 ग्राम के वजन के साथ एक एकल TATSA को व्यक्तिगत उपयोग के लिए पूरी संरचना से सिलवाया जा सकता है, जो अन्य कपड़ों के साथ इसकी उत्कृष्ट संगतता प्रदर्शित करता है।इसके अलावा, वाणिज्यिक नायलॉन यार्न (छवि 1 एफ और अंजीर एस 5) की विविधता के कारण सौंदर्य और फैशनेबल आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए टीएटीएसए को विभिन्न रंगों में डिजाइन किया जा सकता है।गढ़े हुए TATSAs में उत्कृष्ट कोमलता और कठोर झुकने या विरूपण को झेलने की क्षमता होती है (अंजीर। S6)।चित्र 1G में TATSA को सीधे स्वेटर के पेट और कफ में सिला हुआ दिखाया गया है।स्वेटर बुनने की प्रक्रिया को अंजीर में दिखाया गया है।S7 और फिल्म S2।पेट की स्थिति में फैले हुए TATSA के आगे और पीछे का विवरण अंजीर में दिखाया गया है।S8 (ए और बी, क्रमशः), और प्रवाहकीय यार्न और नायलॉन यार्न की स्थिति को अंजीर में चित्रित किया गया है।S8C.यहां देखा जा सकता है कि टैट्सा को साधारण कपड़ों में सहज और स्मार्ट लुक के लिए एम्बेड किया जा सकता है।
(ए) वास्तविक समय में नाड़ी और श्वसन संकेतों की निगरानी के लिए दो टीएटीएसए एक शर्ट में एकीकृत होते हैं।(बी) TATSA और कपड़ों के संयोजन का योजनाबद्ध चित्रण।इनसेट सेंसर के बढ़े हुए दृश्य को दिखाता है।(सी) प्रवाहकीय यार्न की तस्वीर (स्केल बार, 4 सेमी)।इनसेट कंडक्टिव यार्न (स्केल बार, 100 माइक्रोन) के क्रॉस सेक्शन की SEM इमेज है, जिसमें स्टेनलेस स्टील और टेरीलीन यार्न होते हैं।(डी) नायलॉन यार्न की तस्वीर (स्केल बार, 4 सेमी)।इनसेट नायलॉन यार्न की सतह (स्केल बार, 100 माइक्रोन) की SEM छवि है।(ई) कम्प्यूटरीकृत फ्लैट बुनाई मशीन की छवि जो टीएटीएसए की स्वचालित बुनाई करती है।(एफ) विभिन्न रंगों में टीएटीएसए की तस्वीर (स्केल बार, 2 सेमी)।इनसेट ट्विस्टेड TATSA है, जो इसकी उत्कृष्ट कोमलता को प्रदर्शित करता है।(जी) स्वेटर में पूरी तरह से और निर्बाध रूप से सिले हुए दो टीएटीएसए की तस्वीर।फोटो क्रेडिट: वेंजिंग फैन, चोंगकिंग यूनिवर्सिटी।
TATSA के कार्य तंत्र का विश्लेषण करने के लिए, इसके यांत्रिक और विद्युत गुणों सहित, हमने TATSA के एक ज्यामितीय बुनाई मॉडल का निर्माण किया, जैसा कि चित्र 2A में दिखाया गया है।पूर्ण कार्डिगन सिलाई का उपयोग करते हुए, प्रवाहकीय और नायलॉन यार्न को पाठ्यक्रम और वेले दिशा में लूप इकाइयों के रूप में इंटरलॉक किया जाता है।एक एकल लूप संरचना (अंजीर। S1) में एक लूप हेड, लूप आर्म, रिब-क्रॉसिंग भाग, टक स्टिच आर्म और टक स्टिच हेड होता है।दो अलग-अलग धागों के बीच संपर्क सतह के दो रूप पाए जा सकते हैं: (i) प्रवाहकीय यार्न के लूप हेड और नायलॉन यार्न के टक स्टिच हेड के बीच संपर्क सतह और (ii) लूप हेड के बीच संपर्क सतह नायलॉन यार्न और प्रवाहकीय यार्न के टक सिलाई सिर।
(ए) बुनना छोरों के सामने, दाएं और शीर्ष पक्षों के साथ TATSA।(बी) COMSOL सॉफ्टवेयर का उपयोग करके 2 kPa के लागू दबाव के तहत TATSA के बल वितरण का सिमुलेशन परिणाम।(सी) शॉर्ट-सर्किट स्थितियों के तहत एक संपर्क इकाई के चार्ज ट्रांसफर के योजनाबद्ध चित्रण।(डी) COMSOL सॉफ्टवेयर का उपयोग करके एक ओपन सर्किट स्थिति के तहत एक संपर्क इकाई के चार्ज वितरण के सिमुलेशन परिणाम।
TATSA के कार्य सिद्धांत को दो पहलुओं में समझाया जा सकता है: बाहरी बल उत्तेजना और इसका प्रेरित चार्ज।बाहरी बल उत्तेजना के जवाब में तनाव वितरण को सहज रूप से समझने के लिए, हमने क्रमशः 2 और 0.2 kPa के विभिन्न बाहरी बलों पर COMSOL सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके परिमित तत्व विश्लेषण का उपयोग किया, जैसा कि चित्र 2B और अंजीर में दिखाया गया है।S9.तनाव दो धागों की संपर्क सतहों पर दिखाई देता है।जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है।S10, हमने तनाव वितरण को स्पष्ट करने के लिए दो लूप इकाइयों पर विचार किया।दो अलग-अलग बाहरी बलों के तहत तनाव वितरण की तुलना में, प्रवाहकीय और नायलॉन यार्न की सतहों पर तनाव बढ़े हुए बाहरी बल के साथ बढ़ता है, जिसके परिणामस्वरूप दो यार्न के बीच संपर्क और एक्सट्रूज़न होता है।एक बार जब बाहरी बल छूट जाता है, तो दो सूत अलग हो जाते हैं और एक दूसरे से दूर चले जाते हैं।
प्रवाहकीय यार्न और नायलॉन यार्न के बीच संपर्क-पृथक्करण आंदोलन चार्ज ट्रांसफर को प्रेरित करते हैं, जिसे ट्राइबोइलेक्ट्रिफिकेशन और इलेक्ट्रोस्टैटिक इंडक्शन के संयोजन के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है।बिजली पैदा करने की प्रक्रिया को स्पष्ट करने के लिए, हम उस क्षेत्र के क्रॉस सेक्शन का विश्लेषण करते हैं जहां दो यार्न एक दूसरे के साथ संपर्क करते हैं (चित्र 2C1)।जैसा कि चित्र 2 (C2 और C3, क्रमशः) में दिखाया गया है, जब TATSA बाहरी बल द्वारा उत्तेजित होता है और दो यार्न एक-दूसरे के संपर्क में आते हैं, विद्युतीकरण प्रवाहकीय और नायलॉन यार्न की सतह पर होता है, और इसके विपरीत के बराबर शुल्क दो धागों की सतह पर ध्रुवीयता उत्पन्न होती है।एक बार जब दो धागे अलग हो जाते हैं, तो इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण प्रभाव के कारण आंतरिक स्टेनलेस स्टील में सकारात्मक चार्ज प्रेरित होते हैं।पूरा योजनाबद्ध अंजीर में दिखाया गया है।एस11.बिजली पैदा करने की प्रक्रिया की अधिक मात्रात्मक समझ हासिल करने के लिए, हमने COMSOL सॉफ्टवेयर (चित्र 2D) का उपयोग करके TATSA के संभावित वितरण का अनुकरण किया।जब दो सामग्री संपर्क में होती हैं, तो चार्ज मुख्य रूप से घर्षण सामग्री पर एकत्र होता है, और इलेक्ट्रोड पर केवल थोड़ी मात्रा में प्रेरित चार्ज मौजूद होता है, जिसके परिणामस्वरूप छोटी क्षमता (छवि 2 डी, नीचे) होती है।जब दो सामग्रियों को अलग किया जाता है (चित्र 2डी, शीर्ष), इलेक्ट्रोड पर प्रेरित चार्ज संभावित अंतर के कारण बढ़ जाता है, और संबंधित क्षमता बढ़ जाती है, जो प्रयोगों से प्राप्त परिणामों और सिमुलेशन से प्राप्त परिणामों के बीच एक अच्छा अनुरूप प्रकट करती है। .इसके अलावा, चूंकि TATSA का कंडक्टिंग इलेक्ट्रोड टेरीलीन यार्न में लिपटा हुआ है और त्वचा दोनों घर्षण सामग्री के संपर्क में है, इसलिए, जब TATSA को सीधे त्वचा पर पहना जाता है, तो चार्ज बाहरी बल पर निर्भर होता है और नहीं होगा त्वचा से कमजोर होना।
विभिन्न पहलुओं में हमारे TATSA के प्रदर्शन को चिह्नित करने के लिए, हमने एक फ़ंक्शन जनरेटर, पावर एम्पलीफायर, इलेक्ट्रोडायनामिक शेकर, फोर्स गेज, इलेक्ट्रोमीटर और कंप्यूटर (अंजीर। S12) युक्त एक माप प्रणाली प्रदान की।यह प्रणाली 7 kPa तक का बाहरी गतिशील दबाव उत्पन्न करती है।प्रयोग में, TATSA को एक फ्लैट प्लास्टिक शीट पर एक मुक्त अवस्था में रखा गया था, और आउटपुट विद्युत संकेतों को इलेक्ट्रोमीटर द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है।
प्रवाहकीय और नायलॉन यार्न के विनिर्देश TATSA के आउटपुट प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं क्योंकि वे बाहरी दबाव को समझने के लिए संपर्क सतह और क्षमता निर्धारित करते हैं।इसकी जांच करने के लिए, हमने क्रमशः दो यार्न के तीन आकार तैयार किए: 150D/3, 210D/3, और 250D/3 के आकार के साथ प्रवाहकीय यार्न और 150D/6, 210D/6, और 250D के आकार के साथ नायलॉन यार्न /6 (डी, डेनियर; व्यक्तिगत धागे की फाइबर मोटाई निर्धारित करने के लिए उपयोग की जाने वाली माप की एक इकाई; उच्च डेनियर गिनती वाले कपड़े मोटे होते हैं)।फिर, हमने इन दो धागों को अलग-अलग आकार के साथ एक सेंसर में बुनने के लिए चुना, और TATSA का आयाम 3 सेमी ब 3 सेमी रखा गया, जिसमें लूप संख्या 16 की वेले दिशा में और 10 पाठ्यक्रम दिशा में थी।इस प्रकार, नौ बुनाई पैटर्न वाले सेंसर प्राप्त किए गए थे।150D/3 के आकार के साथ प्रवाहकीय यार्न द्वारा सेंसर और 150D/6 के आकार के साथ नायलॉन यार्न सबसे पतला था, और 250D/3 के आकार के साथ प्रवाहकीय यार्न द्वारा सेंसर और 250D के आकार के साथ नायलॉन यार्न / 6 सबसे मोटा था।0.1 से 7 kPa के यांत्रिक उत्तेजना के तहत, इन पैटर्नों के लिए विद्युत आउटपुट की व्यवस्थित रूप से जांच और परीक्षण किया गया, जैसा कि चित्र 3A में दिखाया गया है।नौ TATSAs का आउटपुट वोल्टेज बढ़े हुए लागू दबाव के साथ 0.1 से 4 kPa तक बढ़ गया।विशेष रूप से, सभी बुनाई पैटर्न में, 210D / 3 प्रवाहकीय यार्न और 210D / 6 नायलॉन यार्न के विनिर्देश ने उच्चतम विद्युत उत्पादन दिया और उच्चतम संवेदनशीलता का प्रदर्शन किया।आउटपुट वोल्टेज ने TATSA (पर्याप्त संपर्क सतह के कारण) की मोटाई में वृद्धि के साथ एक बढ़ती हुई प्रवृत्ति दिखाई, जब तक कि TATSA को 210D / 3 प्रवाहकीय यार्न और 210D / 6 नायलॉन यार्न का उपयोग करके बुना नहीं गया था।जैसे-जैसे मोटाई में और वृद्धि होगी, यार्न द्वारा बाहरी दबाव का अवशोषण होगा, आउटपुट वोल्टेज तदनुसार कम हो गया।इसके अलावा, यह ध्यान दिया जाता है कि कम दबाव वाले क्षेत्र (<4 kPa) में, दबाव के साथ आउटपुट वोल्टेज में एक अच्छी तरह से व्यवहार किए गए रैखिक भिन्नता ने 7.84 mV Pa−1 की बेहतर दबाव संवेदनशीलता दी।उच्च दबाव वाले क्षेत्र (> 4 kPa) में, प्रभावी घर्षण क्षेत्र की संतृप्ति के कारण 0.31 mV Pa−1 की कम दबाव संवेदनशीलता प्रयोगात्मक रूप से देखी गई थी।बल लगाने की विपरीत प्रक्रिया के दौरान एक समान दबाव संवेदनशीलता का प्रदर्शन किया गया था।आउटपुट वोल्टेज और विभिन्न दबावों के तहत वर्तमान के ठोस समय प्रोफाइल अंजीर में प्रस्तुत किए जाते हैं।S13 (क्रमशः ए और बी)।
(ए) नायलॉन यार्न (150D/6, 210D/6, और 250D/6) के साथ संयुक्त प्रवाहकीय यार्न (150D/3, 210D/3, और 250D/3) के नौ बुनाई पैटर्न के तहत आउटपुट वोल्टेज।(बी) लूप नंबर को वेले दिशा में अपरिवर्तित रखते हुए एक ही कपड़े क्षेत्र में विभिन्न संख्या में लूप इकाइयों के लिए वोल्टेज प्रतिक्रिया।(सी) 1 केपीए के गतिशील दबाव और 1 हर्ट्ज के दबाव इनपुट आवृत्ति के तहत आवृत्ति प्रतिक्रियाओं को दर्शाने वाले प्लॉट।(डी) 1, 5, 10, और 20 हर्ट्ज की आवृत्तियों के तहत विभिन्न आउटपुट और वर्तमान वोल्टेज।(ई) 1 kPa के दबाव में TATSA का स्थायित्व परीक्षण।(च) 20 और 40 बार धोने के बाद TATSA की आउटपुट विशेषताएँ।
संवेदनशीलता और आउटपुट वोल्टेज भी TATSA के स्टिच घनत्व से प्रभावित थे, जो कपड़े के एक मापा क्षेत्र में छोरों की कुल संख्या द्वारा निर्धारित किया गया था।सिलाई घनत्व में वृद्धि से कपड़े की संरचना की अधिक सघनता होगी।चित्रा 3बी 3 सेमी गुणा 3 सेमी के कपड़ा क्षेत्र में विभिन्न लूप संख्याओं के तहत आउटपुट प्रदर्शन दिखाता है, और इनसेट एक लूप इकाई की संरचना को दिखाता है (हमने लूप संख्या को 10 पर पाठ्यक्रम दिशा में रखा है, और लूप संख्या में वेले दिशा 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 और 26) थी।लूप संख्या को बढ़ाकर, आउटपुट वोल्टेज ने पहली बार बढ़ती संपर्क सतह की वजह से बढ़ती प्रवृत्ति का प्रदर्शन किया, जब तक कि अधिकतम आउटपुट वोल्टेज शिखर 7.5 वी के साथ 180 की एक लूप संख्या के साथ। इस बिंदु के बाद, आउटपुट वोल्टेज घटती प्रवृत्ति का पालन करता है क्योंकि TATSA सख्त हो गया, और दो धागों में संपर्क-पृथक्करण स्थान कम हो गया।यह पता लगाने के लिए कि किस दिशा में घनत्व का आउटपुट पर बहुत प्रभाव पड़ता है, हमने TATSA के लूप नंबर को 18 पर वेले दिशा में रखा, और कोर्स दिशा में लूप नंबर 7, 8, 9, 10 पर सेट किया गया। 11, 12, 13, और 14. संबंधित आउटपुट वोल्टेज अंजीर में दिखाए गए हैं।एस14.तुलना करके, हम देख सकते हैं कि पाठ्यक्रम की दिशा में घनत्व का आउटपुट वोल्टेज पर अधिक प्रभाव पड़ता है।नतीजतन, आउटपुट विशेषताओं के व्यापक मूल्यांकन के बाद TATSA को बुनने के लिए 210D / 3 प्रवाहकीय यार्न और 210D / 6 नायलॉन यार्न और 180 लूप इकाइयों के बुनाई पैटर्न को चुना गया था।इसके अलावा, हमने फुल कार्डिगन स्टिच और प्लेन स्टिच का उपयोग करके दो टेक्सटाइल सेंसर के आउटपुट सिग्नल की तुलना की।जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है।S15, फुल कार्डिगन स्टिच का उपयोग करने वाला इलेक्ट्रिकल आउटपुट और सेंसिटिविटी प्लेन स्टिच की तुलना में बहुत अधिक है।
रीयल-टाइम संकेतों की निगरानी के लिए प्रतिक्रिया समय मापा गया।बाहरी बलों के लिए हमारे सेंसर के प्रतिक्रिया समय की जांच करने के लिए, हमने आउटपुट वोल्टेज संकेतों की तुलना गतिशील दबाव इनपुट के साथ 1 से 20 हर्ट्ज (छवि 3 सी और अंजीर। एस 16, क्रमशः) की आवृत्ति पर की।आउटपुट वोल्टेज तरंग लगभग 1 kPa के दबाव में इनपुट साइनसॉइडल दबाव तरंगों के समान थे, और आउटपुट तरंगों में तेजी से प्रतिक्रिया समय (लगभग 20 ms) था।इस हिस्टैरिसीस को लोचदार संरचना के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है जो बाहरी बल प्राप्त करने के बाद जितनी जल्दी हो सके मूल स्थिति में वापस नहीं आ रहा है।फिर भी, यह छोटा हिस्टैरिसीस वास्तविक समय की निगरानी के लिए स्वीकार्य है।एक निश्चित आवृत्ति रेंज के साथ गतिशील दबाव प्राप्त करने के लिए, TATSA की एक उपयुक्त आवृत्ति प्रतिक्रिया अपेक्षित है।इस प्रकार, TATSA की आवृत्ति विशेषता का भी परीक्षण किया गया।बाहरी रोमांचक आवृत्ति में वृद्धि करके, आउटपुट वोल्टेज का आयाम लगभग अपरिवर्तित रहा, जबकि वर्तमान के आयाम में वृद्धि हुई जब दोहन आवृत्तियों 1 से 20 हर्ट्ज (छवि 3 डी) से भिन्न हो।
TATSA की पुनरावृत्ति, स्थिरता और स्थायित्व का मूल्यांकन करने के लिए, हमने आउटपुट वोल्टेज और दबाव लोडिंग-अनलोडिंग चक्रों के लिए वर्तमान प्रतिक्रियाओं का परीक्षण किया।सेंसर पर 5 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ 1 kPa का दबाव लगाया गया था।पीक-टू-पीक वोल्टेज और करंट को 100,000 लोडिंग-अनलोडिंग चक्रों (चित्र 3ई और अंजीर। एस17, क्रमशः) के बाद दर्ज किया गया था।वोल्टेज और वर्तमान तरंग के बढ़े हुए दृश्य चित्र 3E और अंजीर के इनसेट में दिखाए गए हैं।S17, क्रमशः।परिणाम TATSA की उल्लेखनीय दोहराव, स्थिरता और स्थायित्व को प्रकट करते हैं।वॉशबिलिटी भी एक संपूर्ण टेक्सटाइल डिवाइस के रूप में TATSA का एक अनिवार्य मूल्यांकन मानदंड है।वॉशिंग क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए, हमने अमेरिकन एसोसिएशन ऑफ टेक्सटाइल केमिस्ट्स एंड कलरिस्ट्स (AATCC) टेस्ट मेथड 135-2017 के अनुसार TATSA को मशीन से धोने के बाद सेंसर के आउटपुट वोल्टेज का परीक्षण किया।विस्तृत धुलाई प्रक्रिया सामग्री और विधियों में वर्णित है।जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 3F, बिजली के आउटपुट को 20 बार और 40 बार धोने के बाद रिकॉर्ड किया गया था, जिससे पता चला कि पूरे धुलाई परीक्षणों में आउटपुट वोल्टेज में कोई अलग बदलाव नहीं थे।ये परिणाम TATSA की उल्लेखनीय धोने की क्षमता को सत्यापित करते हैं।पहनने योग्य कपड़ा सेंसर के रूप में, हमने आउटपुट प्रदर्शन का भी पता लगाया जब TATSA तन्यता (अंजीर। S18), मुड़ (अंजीर। S19), और विभिन्न आर्द्रता (अंजीर। S20) स्थितियों में था।
ऊपर दिखाए गए TATSA के कई फायदों के आधार पर, हमने एक वायरलेस मोबाइल हेल्थ मॉनिटरिंग सिस्टम (WMHMS) विकसित किया, जिसमें लगातार शारीरिक संकेतों को प्राप्त करने और फिर एक मरीज को पेशेवर सलाह देने की क्षमता है।चित्र 4क TATSA पर आधारित WMHMS का स्कीम आरेख दिखाता है।सिस्टम में चार घटक हैं: एनालॉग शारीरिक संकेतों को प्राप्त करने के लिए TATSA, एक कम-पास फिल्टर (MAX7427) और एक एम्पलीफायर (MAX4465) के साथ एक एनालॉग कंडीशनिंग सर्किट, पर्याप्त विवरण और संकेतों के उत्कृष्ट समकालिकता को सुनिश्चित करने के लिए, एक एनालॉग-टू-डिजिटल एनालॉग सिग्नल को डिजिटल सिग्नल में इकट्ठा करने और बदलने के लिए एक माइक्रोकंट्रोलर यूनिट पर आधारित कनवर्टर, और मोबाइल फोन टर्मिनल एप्लिकेशन (एपीपी; हुआवेई ऑनर 9) को डिजिटल सिग्नल ट्रांसमिट करने के लिए एक ब्लूटूथ मॉड्यूल (CC2640 लो-पावर ब्लूटूथ चिप)।इस अध्ययन में, हमने TATSA को एक फीता, रिस्टबैंड, फिंगरस्टॉल और जुर्राब में मूल रूप से सिल दिया, जैसा कि चित्र 4B में दिखाया गया है।
(ए) WMHMS का चित्रण।(बी) TATSAs की तस्वीरें क्रमशः एक रिस्टबैंड, फिंगरस्टॉल, सॉक और चेस्ट स्ट्रैप में सिले हुए हैं।(C1) गर्दन, (D1) कलाई, (E1) उंगलियों, और (F1) टखने पर नाड़ी का मापन।(C2) गर्दन, (D2) कलाई, (E2) उंगलियों और (F2) टखने पर पल्स तरंग।(छ) विभिन्न युगों की पल्स तरंगें।(ज) एकल पल्स तरंग का विश्लेषण।रेडियल वृद्धि सूचकांक (AIx) को AIx (%) = P2/P1 के रूप में परिभाषित किया गया है।P1 आगे बढ़ने वाली लहर का शिखर है, और P2 परावर्तित तरंग का शिखर है।(I) बाहु और टखने का एक नाड़ी चक्र।पल्स वेव वेलोसिटी (PWV) को PWV = D/∆T के रूप में परिभाषित किया गया है।डी टखने और ब्रेकियल के बीच की दूरी है।T टखने की चोटियों और ब्रेकियल पल्स तरंगों के बीच का समय विलंब है।पीटीटी, पल्स ट्रांजिट टाइम।(जे) स्वस्थ और सीएडी के बीच एआईएक्स और ब्रेकियल-टखने पीडब्लूवी (बीएपीडब्ल्यूवी) की तुलना।* पी <0.01, ** पी <0.001, और *** पी <0.05।एचटीएन, उच्च रक्तचाप;सीएचडी, कोरोनरी हृदय रोग;डीएम, मधुमेह मेलेटस।फोटो क्रेडिट: जिन यांग, चोंगकिंग विश्वविद्यालय।
मानव शरीर के विभिन्न अंगों के नाड़ी संकेतों की निगरानी के लिए, हमने TATSAs के साथ उपरोक्त सजावट को संबंधित स्थितियों में संलग्न किया: गर्दन (चित्र। 4C1), कलाई (चित्र। 4D1), उंगलियों (चित्र। 4E1), और टखने (चित्र। 4F1) ), जैसा कि S3 से S6 फिल्मों में विस्तृत है।चिकित्सा में, पल्स वेव में तीन महत्वपूर्ण विशेषता बिंदु होते हैं: अग्रिम तरंग P1 का शिखर, परावर्तित तरंग P2 का शिखर और डाइक्रोटिक तरंग P3 का शिखर।इन विशेषता बिंदुओं की विशेषताएं हृदय प्रणाली से संबंधित धमनी लोच, परिधीय प्रतिरोध और बाएं वेंट्रिकुलर सिकुड़न की स्वास्थ्य स्थिति को दर्शाती हैं।उपरोक्त चार पदों पर एक 25 वर्षीय महिला की नाड़ी तरंगों का अधिग्रहण किया गया और हमारे परीक्षण में दर्ज किया गया।ध्यान दें कि तीन अलग-अलग विशेषता बिंदु (P1 से P3) गर्दन, कलाई और उंगलियों की स्थिति में नाड़ी तरंग पर देखे गए थे, जैसा कि चित्र 4 (C2 से E2) में दिखाया गया है।इसके विपरीत, टखने की स्थिति में पल्स तरंग पर केवल P1 और P3 दिखाई देते हैं, और P2 मौजूद नहीं था (चित्र 4F2)।यह परिणाम बाएं वेंट्रिकल द्वारा निकाली गई आने वाली रक्त तरंग के सुपरपोजिशन और निचले अंगों से परावर्तित तरंग (44) के कारण हुआ।पहले के अध्ययनों से पता चला है कि P2 ऊपरी छोरों में मापी गई तरंगों में प्रस्तुत होता है, लेकिन टखने में नहीं (45, 46)।हमने TATSA से मापी गई तरंगों में समान परिणाम देखे, जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है।S21, जो यहां अध्ययन किए गए 80 रोगियों की आबादी के विशिष्ट डेटा को दर्शाता है।हम देख सकते हैं कि टखने में मापी गई इन पल्स तरंगों में P2 प्रकट नहीं हुआ, जो तरंग के भीतर सूक्ष्म विशेषताओं का पता लगाने के लिए TATSA की क्षमता को प्रदर्शित करता है।इन पल्स माप परिणामों से संकेत मिलता है कि हमारा WMHMS ऊपरी और निचले शरीर की पल्स वेव विशेषताओं को सटीक रूप से प्रकट कर सकता है और यह अन्य कार्यों (41, 47) से बेहतर है।आगे यह इंगित करने के लिए कि हमारे TATSA को अलग-अलग उम्र में व्यापक रूप से लागू किया जा सकता है, हमने अलग-अलग उम्र में 80 विषयों के पल्स वेवफॉर्म को मापा, और हमने कुछ विशिष्ट डेटा दिखाए, जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है।S22.जैसा कि चित्र 4G में दिखाया गया है, हमने 25, 45 और 65 वर्ष की आयु के तीन प्रतिभागियों को चुना, और युवा और मध्यम आयु वर्ग के प्रतिभागियों के लिए तीन फीचर बिंदु स्पष्ट थे।चिकित्सा साहित्य (48) के अनुसार, अधिकांश लोगों की नाड़ी तरंगों की विशेषताएं उम्र के रूप में बदल जाती हैं, जैसे कि बिंदु P2 का गायब होना, जो कि परावर्तित तरंग के कारण होता है, जो कम होने के माध्यम से आगे की लहर पर खुद को सुपरइम्पोज़ करने के लिए आगे बढ़ता है। संवहनी लोच।यह घटना हमारे द्वारा एकत्र की गई तरंगों में भी परिलक्षित होती है, आगे यह सत्यापित करते हुए कि TATSA को विभिन्न आबादी पर लागू किया जा सकता है।
नाड़ी तरंग न केवल व्यक्ति की शारीरिक स्थिति बल्कि परीक्षण स्थितियों से भी प्रभावित होती है।इसलिए, हमने TATSA और त्वचा (अंजीर। S23) और मापने वाली जगह पर विभिन्न पता लगाने की स्थिति (अंजीर। S24) के बीच विभिन्न संपर्क जकड़न के तहत पल्स सिग्नल को मापा।यह पाया जा सकता है कि TATSA माप स्थल पर एक बड़े प्रभावी पता लगाने वाले क्षेत्र में पोत के चारों ओर विस्तृत जानकारी के साथ लगातार पल्स वेवफॉर्म प्राप्त कर सकता है।इसके अलावा, TATSA और त्वचा के बीच विभिन्न संपर्क मजबूती के तहत अलग-अलग आउटपुट सिग्नल हैं।इसके अलावा, सेंसर पहनने वाले व्यक्तियों की गति नाड़ी संकेतों को प्रभावित करेगी।जब विषय की कलाई स्थिर स्थिति में होती है, तो प्राप्त पल्स तरंग का आयाम स्थिर होता है (अंजीर। S25A);इसके विपरीत, जब 30 सेकंड के दौरान कलाई धीरे-धीरे −70° से 70° के कोण पर घूम रही होती है, तो पल्स तरंग के आयाम में उतार-चढ़ाव होगा (अंजीर। S25B)।हालांकि, प्रत्येक पल्स तरंग का समोच्च दिखाई देता है, और पल्स दर अभी भी सटीक रूप से प्राप्त की जा सकती है।जाहिर है, मानव गति में स्थिर पल्स वेव अधिग्रहण को प्राप्त करने के लिए, सेंसर डिजाइन और बैक-एंड सिग्नल प्रोसेसिंग सहित आगे के काम पर शोध करने की आवश्यकता है।
इसके अलावा, हमारे TATSA का उपयोग करके अधिग्रहित पल्स तरंगों के माध्यम से हृदय प्रणाली की स्थिति का विश्लेषण और मात्रात्मक मूल्यांकन करने के लिए, हमने हृदय प्रणाली के मूल्यांकन विनिर्देश के अनुसार दो हेमोडायनामिक मापदंडों को पेश किया, अर्थात् वृद्धि सूचकांक (AIx) और पल्स वेव वेलोसिटी (PWV), जो धमनियों की लोच का प्रतिनिधित्व करता है।जैसा कि चित्र 4H में दिखाया गया है, AIx के विश्लेषण के लिए 25 वर्षीय स्वस्थ व्यक्ति की कलाई की स्थिति में नाड़ी तरंग का उपयोग किया गया था।सूत्र (खंड S1) के अनुसार, AIx = 60% प्राप्त हुआ, जो एक सामान्य मान है।फिर, हमने एक साथ इस प्रतिभागी की बांह और टखने की स्थिति में दो पल्स वेवफॉर्म एकत्र किए (पल्स वेवफॉर्म को मापने की विस्तृत विधि सामग्री और विधियों में वर्णित है)।जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 4I, दो पल्स वेवफॉर्म के फीचर पॉइंट अलग-अलग थे।फिर हमने सूत्र (खंड S1) के अनुसार PWV की गणना की।PWV = 1363 cm/s, जो एक स्वस्थ वयस्क पुरुष से अपेक्षित एक विशिष्ट मान है, प्राप्त किया गया था।दूसरी ओर, हम देख सकते हैं कि AIx या PWV के मेट्रिक्स पल्स वेवफॉर्म के आयाम अंतर से प्रभावित नहीं होते हैं, और शरीर के विभिन्न भागों में AIx के मान भिन्न होते हैं।हमारे अध्ययन में रेडियल एआईएक्स का इस्तेमाल किया गया था।अलग-अलग लोगों में WMHMS की प्रयोज्यता को सत्यापित करने के लिए, हमने स्वस्थ समूह में 20, उच्च रक्तचाप (HTN) समूह में 20, कोरोनरी हृदय रोग (CHD) समूह में 50 से 59 वर्ष की आयु में और 20 प्रतिभागियों का चयन किया। मधुमेह मेलिटस (डीएम) समूह।हमने उनकी नाड़ी तरंगों को मापा और उनके दो मापदंडों, एआईएक्स और पीडब्लूवी की तुलना की, जैसा कि अंजीर में प्रस्तुत किया गया है। 4J।यह पाया जा सकता है कि स्वस्थ समूह की तुलना में HTN, CHD और DM समूहों के PWV मान कम थे और सांख्यिकीय अंतर (PHTN 0.001, PCHD 0.001, और PDM 0.001; P मानों की गणना t द्वारा की गई थी) परीक्षण)।इस बीच, स्वस्थ समूह की तुलना में HTN और CHD समूहों का AIx मान कम था और सांख्यिकीय अंतर (PHTN <0.01, PCHD <0.001, और PDM <0.05) है।सीएचडी, एचटीएन या डीएम वाले प्रतिभागियों के पीडब्लूवी और एआईएक्स स्वस्थ समूह के लोगों की तुलना में अधिक थे।परिणाम बताते हैं कि TATSA हृदय स्वास्थ्य की स्थिति का आकलन करने के लिए हृदय संबंधी पैरामीटर की गणना करने के लिए पल्स वेवफॉर्म को सटीक रूप से प्राप्त करने में सक्षम है।अंत में, अपने वायरलेस, उच्च-रिज़ॉल्यूशन, उच्च-संवेदनशीलता विशेषताओं और आराम के कारण, TATSA पर आधारित WMHMS अस्पतालों में उपयोग किए जाने वाले मौजूदा महंगे चिकित्सा उपकरणों की तुलना में वास्तविक समय की निगरानी के लिए अधिक कुशल विकल्प प्रदान करता है।
पल्स वेव के अलावा, किसी व्यक्ति की शारीरिक स्थिति का आकलन करने में मदद करने के लिए श्वसन संबंधी जानकारी भी एक प्राथमिक महत्वपूर्ण संकेत है।हमारे TATSA पर आधारित श्वसन की निगरानी पारंपरिक पॉलीसोम्नोग्राफी की तुलना में अधिक आकर्षक है क्योंकि इसे बेहतर आराम के लिए कपड़ों में मूल रूप से एकीकृत किया जा सकता है।एक सफेद लोचदार छाती का पट्टा में सिला, TATSA सीधे मानव शरीर से बंधा हुआ था और श्वसन की निगरानी के लिए छाती के चारों ओर सुरक्षित था (चित्र 5A और फिल्म S7)।टीएटीएसए रिबकेज के विस्तार और संकुचन के साथ विकृत हो गया, जिसके परिणामस्वरूप विद्युत उत्पादन हुआ।अधिग्रहीत तरंग को चित्र 5B में सत्यापित किया गया है।बड़े उतार-चढ़ाव (1.8 वी का आयाम) और आवधिक परिवर्तन (0.5 हर्ट्ज की आवृत्ति) के साथ संकेत श्वसन गति से मेल खाते हैं।इस बड़े उतार-चढ़ाव के संकेत पर अपेक्षाकृत छोटा उतार-चढ़ाव संकेत आरोपित किया गया था, जो कि दिल की धड़कन का संकेत था।श्वसन और दिल की धड़कन के संकेतों की आवृत्ति विशेषताओं के अनुसार, हमने क्रमशः श्वसन और दिल की धड़कन के संकेतों को अलग करने के लिए 0.8-हर्ट्ज कम-पास फिल्टर और 0.8- से 20-हर्ट्ज बैंड-पास फिल्टर का उपयोग किया, जैसा कि चित्र 5C में दिखाया गया है। .इस मामले में, प्रचुर मात्रा में शारीरिक जानकारी (जैसे श्वसन दर, दिल की धड़कन की दर, और पल्स वेव के फीचर पॉइंट) के साथ स्थिर श्वसन और नाड़ी संकेत एक साथ और सटीक रूप से केवल एक TATSA को छाती पर रखकर प्राप्त किए गए थे।
(ए) श्वसन से जुड़े दबाव में संकेत को मापने के लिए छाती पर रखे टीएटीएसए के प्रदर्शन को दर्शाने वाला फोटो।(बी) छाती पर लगे टाटा के लिए वोल्टेज-टाइम प्लॉट।(सी) दिल की धड़कन और श्वसन तरंग में सिग्नल (बी) का अपघटन।(डी) नींद के दौरान क्रमशः श्वसन और नाड़ी को मापने के लिए पेट और कलाई पर रखे गए दो TATSAs दिखाते हुए फोटो।(ई) एक स्वस्थ प्रतिभागी के श्वसन और नाड़ी संकेत।एचआर, हृदय गति;बीपीएम, प्रति मिनट धड़कता है।(एफ) एक एसएएस प्रतिभागी के श्वसन और नाड़ी संकेत।(छ) एक स्वस्थ प्रतिभागी का श्वसन संकेत और पीटीटी।(एच) एक एसएएस प्रतिभागी के श्वसन संकेत और पीटीटी।(I) पीटीटी उत्तेजना सूचकांक और एपनिया-हाइपोपनिया इंडेक्स (एएचआई) के बीच संबंध।फोटो क्रेडिट: वेंजिंग फैन, चोंगकिंग यूनिवर्सिटी।
यह साबित करने के लिए कि हमारा सेंसर नाड़ी और श्वसन संकेतों की सटीक और मज़बूती से निगरानी कर सकता है, हमने अपने TATSAs और एक मानक चिकित्सा उपकरण (MHM-6000B) के बीच नाड़ी और श्वसन संकेतों के माप परिणामों की तुलना करने के लिए एक प्रयोग किया, जैसा कि फिल्मों S8 में विस्तृत है। और S9.पल्स वेव मापन में, एक युवा लड़की की बायीं तर्जनी पर चिकित्सा उपकरण का फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर पहना जाता था, और इस बीच, हमारा TATSA उसकी दाहिनी तर्जनी पर पहना जाता था।दो अधिग्रहीत पल्स तरंगों से, हम देख सकते हैं कि उनकी आकृति और विवरण समान थे, यह दर्शाता है कि TATSA द्वारा मापी गई पल्स उतनी ही सटीक है जितनी कि चिकित्सा उपकरण द्वारा।श्वसन तरंग माप में, चिकित्सा निर्देश के अनुसार एक युवक के शरीर पर पांच क्षेत्रों में पांच इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफिक इलेक्ट्रोड लगाए गए थे।इसके विपरीत, केवल एक TATSA सीधे शरीर से बंधा हुआ था और छाती के चारों ओर सुरक्षित था।एकत्रित श्वसन संकेतों से, यह देखा जा सकता है कि हमारे TATSA द्वारा पता लगाए गए श्वसन संकेत की भिन्नता प्रवृत्ति और दर चिकित्सा उपकरण के अनुरूप थी।इन दो तुलना प्रयोगों ने नाड़ी और श्वसन संकेतों की निगरानी के लिए हमारे सेंसर सिस्टम की सटीकता, विश्वसनीयता और सादगी को मान्य किया।
इसके अलावा, हमने स्मार्ट कपड़ों का एक टुकड़ा तैयार किया और क्रमशः श्वसन और नाड़ी संकेतों की निगरानी के लिए पेट और कलाई की स्थिति में दो TATSAs सिले।विशेष रूप से, एक विकसित दोहरे चैनल WMHMS का उपयोग नाड़ी और श्वसन संकेतों को एक साथ पकड़ने के लिए किया गया था।इस प्रणाली के माध्यम से, हमने सोते समय अपने स्मार्ट कपड़े पहने एक 25 वर्षीय व्यक्ति के श्वसन और नाड़ी के संकेत प्राप्त किए (चित्र 5D और फिल्म S10) और बैठे (अंजीर। S26 और फिल्म S11)।अधिग्रहीत श्वसन और नाड़ी संकेतों को मोबाइल फोन के एपीपी को वायरलेस तरीके से प्रेषित किया जा सकता है।जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, TATSA में श्वसन और नाड़ी संकेतों को पकड़ने की क्षमता है।ये दो शारीरिक संकेत एसएएस को चिकित्सकीय रूप से अनुमान लगाने के मानदंड भी हैं।इसलिए, हमारे TATSA का उपयोग नींद की गुणवत्ता और संबंधित नींद संबंधी विकारों की निगरानी और आकलन के लिए भी किया जा सकता है।जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 5 (ई और एफ, क्रमशः), हमने लगातार दो प्रतिभागियों की नाड़ी और श्वसन तरंगों को मापा, एक स्वस्थ और एसएएस के साथ एक रोगी।एपनिया के बिना व्यक्ति के लिए, मापा श्वसन और नाड़ी की दर क्रमशः 15 और 70 पर स्थिर रही।एसएएस के रोगी के लिए, 24 एस के लिए एक अलग एपनिया, जो एक प्रतिरोधी श्वसन घटना का संकेत है, देखा गया था, और तंत्रिका तंत्र (49) के नियमन के कारण एपनिया की अवधि के बाद हृदय गति में थोड़ी वृद्धि हुई थी।संक्षेप में, हमारे TATSA द्वारा श्वसन स्थिति का मूल्यांकन किया जा सकता है।
पल्स और श्वसन संकेतों के माध्यम से एसएएस के प्रकार का और अधिक आकलन करने के लिए, हमने पल्स ट्रांजिट टाइम (पीटीटी) का विश्लेषण किया, जो एक स्वस्थ व्यक्ति और एक रोगी के परिधीय संवहनी प्रतिरोध और इंट्राथोरेसिक दबाव (खंड एस 1 में परिभाषित) में परिवर्तन को दर्शाता है। एसएएस।स्वस्थ प्रतिभागी के लिए, श्वसन दर अपरिवर्तित रही, और पीटीटी 180 से 310 एमएस (छवि 5 जी) से अपेक्षाकृत स्थिर था।हालांकि, एसएएस प्रतिभागी के लिए, एपनिया (छवि 5 एच) के दौरान पीटीटी लगातार 120 से 310 एमएस तक बढ़ गया।इस प्रकार, प्रतिभागी को प्रतिरोधी एसएएस (ओएसएएस) का निदान किया गया था।यदि एपनिया के दौरान पीटीटी में परिवर्तन कम हो जाता है, तो स्थिति को केंद्रीय स्लीप एपनिया सिंड्रोम (सीएसएएस) के रूप में निर्धारित किया जाएगा, और यदि ये दोनों लक्षण एक साथ मौजूद हैं, तो इसे मिश्रित एसएएस (एमएसएएस) के रूप में निदान किया जाएगा।एसएएस की गंभीरता का आकलन करने के लिए, हमने एकत्रित संकेतों का और विश्लेषण किया।पीटीटी उत्तेजना सूचकांक, जो प्रति घंटे पीटीटी उत्तेजना की संख्या है (पीटीटी उत्तेजना को 15 एमएस के पीटीटी में गिरावट के रूप में परिभाषित किया गया है जो 3 एस के लिए स्थायी है), एसएएस की डिग्री का मूल्यांकन करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।एपनिया-हाइपोपनिया इंडेक्स (एएचआई) एसएएस की डिग्री निर्धारित करने के लिए एक मानक है (एपनिया सांस लेने की समाप्ति है, और हाइपोपेना अत्यधिक उथली श्वास या असामान्य रूप से कम श्वसन दर है), जिसे प्रति एपनिया और हाइपोपेना की संख्या के रूप में परिभाषित किया जाता है। सोते समय घंटे (एएचआई और ओएसएएस के लिए रेटिंग मानदंड के बीच संबंध तालिका S2 में दिखाया गया है)।एएचआई और पीटीटी उत्तेजना सूचकांक के बीच संबंधों की जांच करने के लिए, एसएएस के साथ 20 रोगियों के श्वसन संकेतों का चयन किया गया और टीएटीएसए के साथ उनका विश्लेषण किया गया।जैसा कि चित्र 5I में दिखाया गया है, PTT उत्तेजना सूचकांक सकारात्मक रूप से AHI के साथ सहसंबद्ध है, क्योंकि नींद के दौरान एपनिया और हाइपोपेनिया रक्तचाप के स्पष्ट और क्षणिक उन्नयन का कारण बनते हैं, जिससे PTT में कमी आती है।इसलिए, हमारा TATSA एक साथ स्थिर और सटीक नाड़ी और श्वसन संकेत प्राप्त कर सकता है, इस प्रकार संबंधित रोगों की निगरानी और मूल्यांकन के लिए हृदय प्रणाली और SAS पर महत्वपूर्ण शारीरिक जानकारी प्रदान करता है।
संक्षेप में, हमने एक साथ विभिन्न शारीरिक संकेतों का पता लगाने के लिए पूर्ण कार्डिगन स्टिच का उपयोग करके एक TATSA विकसित किया।इस सेंसर में 7.84 mV Pa-1 की उच्च संवेदनशीलता, 20 ms का तेज़ प्रतिक्रिया समय, 100,000 से अधिक चक्रों की उच्च स्थिरता और व्यापक कार्य आवृत्ति बैंडविड्थ शामिल हैं।TATSA के आधार पर, मापा शारीरिक मापदंडों को मोबाइल फोन पर प्रसारित करने के लिए एक WMHMS भी विकसित किया गया था।TATSA को सौंदर्य डिजाइन के लिए कपड़ों की विभिन्न साइटों में शामिल किया जा सकता है और वास्तविक समय में नाड़ी और श्वसन संकेतों की निगरानी के लिए उपयोग किया जा सकता है।विस्तृत जानकारी प्राप्त करने की क्षमता के कारण स्वस्थ व्यक्तियों और सीएडी या एसएएस वाले लोगों के बीच अंतर करने में मदद के लिए सिस्टम को लागू किया जा सकता है।इस अध्ययन ने मानव नाड़ी और श्वसन को मापने के लिए एक आरामदायक, कुशल और उपयोगकर्ता के अनुकूल दृष्टिकोण प्रदान किया, जो पहनने योग्य कपड़ा इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास में प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है।
स्टेनलेस स्टील को बार-बार मोल्ड के माध्यम से पारित किया गया और 10 माइक्रोन के व्यास के साथ एक फाइबर बनाने के लिए बढ़ाया गया।इलेक्ट्रोड के रूप में एक स्टेनलेस स्टील फाइबर को वाणिज्यिक एक-प्लाई टेरीलीन यार्न के कई टुकड़ों में डाला गया था।
एक साइनसॉइडल दबाव संकेत प्रदान करने के लिए एक फ़ंक्शन जनरेटर (स्टैनफोर्ड DS345) और एक एम्पलीफायर (LabworkPa-13) का उपयोग किया गया था।TATSA पर लागू बाहरी दबाव को मापने के लिए एक दोहरे-श्रेणी के बल सेंसर (वर्नियर सॉफ्टवेयर एंड टेक्नोलॉजी एलएलसी) का उपयोग किया गया था।एक कीथली सिस्टम इलेक्ट्रोमीटर (कीथली 6514) का उपयोग TATSA के आउटपुट वोल्टेज और करंट की निगरानी और रिकॉर्ड करने के लिए किया गया था।
AATCC टेस्ट मेथड 135-2017 के अनुसार, हमने TATSA और पर्याप्त गिट्टी का इस्तेमाल 1.8-किलोग्राम लोड के रूप में किया और फिर उन्हें नाजुक मशीन वाशिंग साइकिल करने के लिए एक कमर्शियल लॉन्ड्रिंग मशीन (Labtex LBT-M6T) में डाल दिया।फिर, हमने लॉन्ड्रिंग मशीन को 25 डिग्री सेल्सियस पर 18 गैलन पानी से भर दिया और वॉशर को चयनित धुलाई चक्र और समय (आंदोलन गति, 119 स्ट्रोक प्रति मिनट; धोने का समय, 6 मिनट; अंतिम स्पिन गति, 430 आरपीएम; अंतिम) के लिए सेट किया। स्पिन समय, 3 मिनट)।अंत में, TATSA को कमरे के तापमान पर 26 डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं पर स्थिर हवा में सूखा लटका दिया गया था।
विषयों को बिस्तर पर एक लापरवाह स्थिति में लेटने का निर्देश दिया गया था।TATSA को मापने वाली जगहों पर रखा गया था।एक बार जब विषय मानक लापरवाह स्थिति में थे, तो उन्होंने 5 से 10 मिनट के लिए पूरी तरह से आराम की स्थिति बनाए रखी।पल्स सिग्नल ने फिर मापना शुरू किया।
इस लेख के लिए पूरक सामग्री https://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/11/eaay2840/DC1 पर उपलब्ध है।
अंजीर। S9।COMSOL सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके 0.2 kPa पर लागू दबावों के तहत TATSA के बल वितरण का सिमुलेशन परिणाम।
अंजीर। S10।क्रमशः 0.2 और 2 kPa पर लागू दबावों के तहत एक संपर्क इकाई के बल वितरण के सिमुलेशन परिणाम।
अंजीर। S11।शॉर्ट-सर्किट स्थितियों के तहत संपर्क इकाई के चार्ज ट्रांसफर का पूरा योजनाबद्ध चित्रण।
अंजीर। S13।एक माप चक्र में लगातार लागू बाहरी दबाव के जवाब में निरंतर आउटपुट वोल्टेज और TATSA की धारा।
अंजीर। S14।एक ही फैब्रिक क्षेत्र में लूप संख्या की विभिन्न संख्याओं के लिए वोल्टेज प्रतिक्रिया जब लूप संख्या को वेले दिशा में अपरिवर्तित रखते हैं।
अंजीर। S15।फुल कार्डिगन स्टिच और प्लेन स्टिच का उपयोग करते हुए दो टेक्सटाइल सेंसर्स के आउटपुट परफॉर्मेंस के बीच तुलना।
अंजीर। S16।1 केपीए के गतिशील दबाव और 3, 5, 7, 9, 10, 11, 13, 15, 18, और 20 हर्ट्ज के दबाव इनपुट आवृत्ति पर आवृत्ति प्रतिक्रिया दिखाने वाले प्लॉट।
अंजीर। S25।सेंसर का आउटपुट वोल्टेज जब विषय स्थिर और गति की स्थिति में था।
अंजीर। S26।क्रमशः श्वसन और नाड़ी को मापने के लिए पेट और कलाई पर एक साथ रखे गए TATSAs को दर्शाने वाला फोटो।
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वेनजिंग फैन, कियांग हे, कीयू मेंग, जूलोंग टैन, जिहाओ झोउ, गाओकियांग झांग, जिन यांग, झोंग लिन वांग द्वारा
स्वास्थ्य निगरानी के लिए उच्च दबाव संवेदनशीलता और आराम के साथ एक ट्राइबोइलेक्ट्रिक ऑल-टेक्सटाइल सेंसर विकसित किया गया था।
वेनजिंग फैन, कियांग हे, कीयू मेंग, जूलोंग टैन, जिहाओ झोउ, गाओकियांग झांग, जिन यांग, झोंग लिन वांग द्वारा
स्वास्थ्य निगरानी के लिए उच्च दबाव संवेदनशीलता और आराम के साथ एक ट्राइबोइलेक्ट्रिक ऑल-टेक्सटाइल सेंसर विकसित किया गया था।
© 2020 अमेरिकन एसोसिएशन फॉर द एडवांसमेंट ऑफ साइंस।सर्वाधिकार सुरक्षित।AAAS, HINARI, AGORA, OARE, chorus, CLOCKSS, CrossRef और COUNTER का भागीदार है। साइंस एडवांस ISSN 2375-2548।
पोस्ट करने का समय: मार्च-27-2020