Machine-knitted washable sensor array textile for precise epidermal physiological signal monitoring

ტარებადი ტექსტილის ელექტრონიკა ძალზე სასურველია ჯანმრთელობის პერსონალიზებული მენეჯმენტის განსახორციელებლად.თუმცა, ტექსტილის ელექტრონიკის უმეტესობას შეუძლია პერიოდულად მიმართოს ერთ ფიზიოლოგიურ სიგნალს, ან გამოტოვოს სიგნალების აშკარა დეტალები, რაც იწვევს ჯანმრთელობის ნაწილობრივ შეფასებას.გარდა ამისა, ტექსტილის შესანიშნავი ქონება და კომფორტი კვლავ გამოწვევად რჩება.აქ, ჩვენ ვახსენებთ ტრიბოელექტრული მთლიანად ტექსტილის სენსორების მასივს მაღალი წნევის მგრძნობელობით და კომფორტით.იგი ავლენს წნევის მგრძნობელობას (7,84 mV Pa−1), სწრაფი რეაგირების დროს (20 ms), სტაბილურობას (>100,000 ციკლი), სამუშაო სიხშირის ფართო სიჩქარეს (20 ჰც-მდე) და მანქანით რეცხვის შესაძლებლობას (>40 რეცხვა).შეთხზული TATSA-ები იკერებოდა ტანსაცმლის სხვადასხვა ნაწილებში არტერიული პულსის ტალღების და რესპირატორული სიგნალების ერთდროულად მონიტორინგისთვის.ჩვენ შემდგომში შევიმუშავეთ ჯანმრთელობის მონიტორინგის სისტემა გულ-სისხლძარღვთა დაავადებებისა და ძილის აპნოეს სინდრომის გრძელვადიანი და არაინვაზიური შეფასებისთვის, რომელიც აჩვენებს დიდ წინსვლას ზოგიერთი ქრონიკული დაავადების რაოდენობრივი ანალიზისთვის.

ტარებადი ელექტრონიკა წარმოადგენს მომხიბვლელ შესაძლებლობას პერსონალიზებულ მედიცინაში მათი პერსპექტიული აპლიკაციების გამო.მათ შეუძლიათ ინდივიდის ჯანმრთელობის მდგომარეობის მონიტორინგი უწყვეტი, რეალურ დროში და არაინვაზიური გზით (1–11).პულსსა და სუნთქვას, როგორც სასიცოცხლო ნიშნების ორ შეუცვლელ კომპონენტს, შეუძლია უზრუნველყოს როგორც ფიზიოლოგიური მდგომარეობის ზუსტი შეფასება, ასევე მნიშვნელოვანი ხედვა დაკავშირებული დაავადებების დიაგნოზსა და პროგნოზზე (12-21).დღესდღეობით, დახვეწილი ფიზიოლოგიური სიგნალების გამოსავლენად ტარებადი ელექტრონიკის უმეტესობა დაფუძნებულია ულტრათხელ სუბსტრატებზე, როგორიცაა პოლიეთილენ ტერეფტალატი, პოლიდიმეთილსილოქსანი, პოლიიმიდი, მინა და სილიკონი (22–26).კანზე გამოსაყენებლად ამ სუბსტრატების ნაკლი მდგომარეობს მათ პლანტურ და ხისტ ფორმატებში.შედეგად, ლენტები, ზოლები ან სხვა მექანიკური მოწყობილობებია საჭირო იმისათვის, რომ დამყარდეს კომპაქტური კონტაქტი ჩასაცმელ ელექტრონიკასა და ადამიანის კანს შორის, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს გაღიზიანება და დისკომფორტი გამოყენების ხანგრძლივი პერიოდის განმავლობაში (27, 28).გარდა ამისა, ამ სუბსტრატებს აქვთ ცუდი ჰაერის გამტარიანობა, რაც იწვევს დისკომფორტს ჯანმრთელობის ხანგრძლივი, უწყვეტი მონიტორინგისთვის გამოყენებისას.ზემოაღნიშნული პრობლემების შესამსუბუქებლად ჯანდაცვის სფეროში, განსაკუთრებით ყოველდღიურ გამოყენებაში, ჭკვიანი ტექსტილი გთავაზობთ საიმედო გადაწყვეტას.ამ ქსოვილებს აქვთ რბილობის, მსუბუქი წონის და სუნთქვის მახასიათებლები და, შესაბამისად, კომფორტის რეალიზაციის პოტენციალი ტარებად ელექტრონიკაში.ბოლო წლების განმავლობაში, ინტენსიური მცდელობები დაეთმო ტექსტილზე დაფუძნებული სისტემების განვითარებას მგრძნობიარე სენსორებში, ენერგიის მოპოვებასა და შენახვაში (29–39).კერძოდ, წარმატებული კვლევები დაფიქსირდა ოპტიკურ ბოჭკოვან, პიეზოელექტროზე და რეზისტენტობაზე დაფუძნებულ ჭკვიან ტექსტილებზე, რომლებიც გამოიყენება პულსის და რესპირატორული სიგნალების მონიტორინგში (40-43).თუმცა, ამ ჭკვიან ტექსტილს, როგორც წესი, აქვს დაბალი მგრძნობელობა და ერთი მონიტორინგის პარამეტრი და არ შეიძლება დიდი მასშტაბის წარმოება (ცხრილი S1).პულსის გაზომვის შემთხვევაში, ძნელია დეტალური ინფორმაციის აღება პულსის სუსტი და სწრაფი რყევის გამო (მაგ., მისი მახასიათებლის წერტილები) და, შესაბამისად, საჭიროა მაღალი მგრძნობელობა და შესაბამისი სიხშირეზე რეაგირების შესრულება.

ამ კვლევაში, ჩვენ წარმოგიდგენთ ტრიბოელექტრული მთლიანად ტექსტილის სენსორების მასივს (TATSA) მაღალი მგრძნობელობის მქონე ეპიდერმული დახვეწილი წნევის დაჭერისთვის, ჩაქსოვილი გამტარი და ნეილონის ძაფებით სრული კარდიგანის ნაკერით.TATSA-ს შეუძლია უზრუნველყოს მაღალი წნევის მგრძნობელობა (7,84 mV Pa−1), სწრაფი რეაგირების დრო (20 ms), სტაბილურობა (>100,000 ციკლი), ფართო სამუშაო სიხშირის გამტარობა (20 ჰც-მდე) და მანქანით რეცხვა (>40 რეცხვა).მას შეუძლია მოხერხებულად მოახდინოს საკუთარი თავის ინტეგრირება ტანსაცმელში დისკრეციით, კომფორტით და ესთეტიკური მიმზიდველობით.აღსანიშნავია, რომ ჩვენი TATSA შეიძლება პირდაპირ იყოს ჩართული ქსოვილის სხვადასხვა უბნებში, რომლებიც შეესაბამება პულსის ტალღებს კისერზე, მაჯაზე, თითის წვერზე და ტერფის პოზიციებზე და სუნთქვის ტალღებზე მუცლისა და გულმკერდის არეში.TATSA-ს შესანიშნავი მუშაობის შესაფასებლად ჯანმრთელობის რეალურ დროში და დისტანციურ მონიტორინგში, ჩვენ ვავითარებთ პერსონალიზებულ ინტელექტუალურ ჯანმრთელობის მონიტორინგის სისტემას, რათა მუდმივად შევიძინოთ და შეინახოთ ფიზიოლოგიური სიგნალები გულ-სისხლძარღვთა დაავადების (CAD) ანალიზისთვის და ძილის აპნოეს სინდრომის (SAS) შესაფასებლად. ).

როგორც ილუსტრირებულია ნახატ 1A-ში, ორი TATSA იყო ჩაკერებული პერანგის მანჟეტში და მკერდში, რათა შესაძლებელი ყოფილიყო პულსის და რესპირატორული სიგნალების დინამიური და ერთდროული მონიტორინგი, შესაბამისად.ეს ფიზიოლოგიური სიგნალები უსადენოდ გადაეცა ინტელექტუალურ მობილური ტერმინალის აპლიკაციას (APP) ჯანმრთელობის მდგომარეობის შემდგომი ანალიზისთვის.ნახაზი 1B გვიჩვენებს ნაჭერში შეკერილ TATSA-ს, ხოლო ჩანართი გვიჩვენებს TATSA-ს გაფართოებულ ხედს, რომელიც ჩაქსოვილი იყო დამახასიათებელი გამტარი ძაფებისა და კომერციული ნეილონის ძაფების გამოყენებით, სრული კარდიგანის ნაკერით.ფუნდამენტურ უბრალო ნაკერთან შედარებით, ქსოვის ყველაზე გავრცელებულ და ძირითად მეთოდთან შედარებით, არჩეულია სრული კარდიგანის ნაკერი, რადგან შეხება გამტარი ძაფის მარყუჟის თავსა და ნეილონის ძაფის მიმდებარე ნაკერის თავთან (ნახ. S1) არის ზედაპირი. ვიდრე წერტილოვანი კონტაქტი, რაც იწვევს უფრო დიდ მოქმედების არეალს მაღალი ტრიბოელექტრული ეფექტისთვის.გამტარი ძაფის მოსამზადებლად, ფიქსირებული ბირთვის ბოჭკოდ ავირჩიეთ უჟანგავი ფოლადი და რამდენიმე ცალი ტერილენის ძაფები გადაუგრიხეს ბირთვის ბოჭკოს ირგვლივ ერთ გამტარ ძაფად 0,2 მმ დიამეტრით (ნახ. S2), რომელიც ემსახურებოდა როგორც როგორც ელექტრიფიკაციის ზედაპირი, ასევე გამტარ ელექტროდი.ნეილონის ძაფს, რომელსაც ჰქონდა დიამეტრი 0,15 მმ და ელექტრიფიკაციის სხვა ზედაპირს ემსახურებოდა, გააჩნდა ძლიერი ჭიმვის ძალა, რადგან იგი გრეხილი იყო გამოუთვლელი ძაფებით (ნახ. S3).სურათი 1 (C და D, შესაბამისად) გვიჩვენებს დამზადებული გამტარი ძაფის და ნეილონის ძაფის ფოტოებს.ჩანართი აჩვენებს მათ შესაბამის სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის (SEM) სურათებს, რომლებიც წარმოადგენენ გამტარ ძაფის ტიპურ ჯვარედინი განყოფილებას და ნეილონის ძაფის ზედაპირს.გამტარი და ნეილონის ძაფების მაღალი გამძლეობა უზრუნველყოფდა მათ ქსოვის უნარს სამრეწველო მანქანაზე, რათა შეენარჩუნებინათ ყველა სენსორის ერთიანი მოქმედება.როგორც ნახაზი 1E-ზეა ნაჩვენები, გამტარი ძაფები, ნეილონის ძაფები და ჩვეულებრივი ძაფები გადახვეული იყო მათ შესაბამის კონუსებზე, რომლებიც შემდეგ დატვირთეს სამრეწველო კომპიუტერიზებულ ბრტყელ ქსოვის მანქანაზე ავტომატური ქსოვისთვის (ფილმი S1).როგორც ნაჩვენებია ნახ.S4, რამდენიმე TATSA იყო ნაქსოვი ჩვეულებრივი ქსოვილით სამრეწველო მანქანით.ერთი TATSA 0,85 მმ სისქით და 0,28 გ წონით შეიძლება მორგებული იყოს მთელი სტრუქტურიდან ინდივიდუალური გამოყენებისთვის, რაც აჩვენებს მის შესანიშნავ თავსებადობას სხვა ქსოვილებთან.გარდა ამისა, TATSA შეიძლება შეიქმნას სხვადასხვა ფერში ესთეტიკური და მოდური მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად კომერციული ნეილონის ძაფების მრავალფეროვნების გამო (ნახ. 1F და ნახ. S5).დამზადებულ TATSA-ებს აქვთ შესანიშნავი რბილობა და გამძლეობა, გაუძლებს მკაცრ მოხრას ან დეფორმაციას (ნახ. S6).ნახაზი 1G გვიჩვენებს TATSA ნაკერს პირდაპირ სვიტერის მუცელში და მანჟეტზე.სვიტერის ქსოვის პროცესი ნაჩვენებია ნახ.S7 და ფილმი S2.დაჭიმული TATSA-ს წინა და უკანა მხარის დეტალები მუცლის პოზიციაზე ნაჩვენებია ნახ.S8 (A და B, შესაბამისად), და გამტარი ძაფის და ნეილონის ძაფის პოზიცია ილუსტრირებულია ნახ.S8C.აქ ჩანს, რომ TATSA შეიძლება ჩაირთოს ჩვეულებრივ ქსოვილებში შეუფერხებლად გონიერი და ჭკვიანი გარეგნობისთვის.

(A) ორი TATSA ინტეგრირებული პერანგში პულსის და რესპირატორული სიგნალების რეალურ დროში მონიტორინგისთვის.(B) TATSA-სა და ტანსაცმლის კომბინაციის სქემატური ილუსტრაცია.ჩასმა აჩვენებს სენსორის გაფართოებულ ხედს.(C) გამტარი ძაფის ფოტო (მასშტაბი, 4 სმ).ჩანართი არის გამტარი ძაფის ჯვრის მონაკვეთის SEM გამოსახულება (მასშტაბის ზოლი, 100 μm), რომელიც შედგება უჟანგავი ფოლადისა და ტერილენის ძაფებისგან.(D) ნეილონის ძაფის ფოტო (მასშტაბი, 4 სმ).ჩასმული არის ნეილონის ძაფის ზედაპირის SEM გამოსახულება (მასშტაბის ზოლი, 100 μm).(E) კომპიუტერიზებული ბრტყელი საქსოვი მანქანის სურათი, რომელიც ახორციელებს TATSA-ების ავტომატურ ქსოვას.(F) TATSA-ების ფოტოსურათი სხვადასხვა ფერში (მასშტაბის ზოლი, 2 სმ).ჩანართი არის გრეხილი TATSA, რომელიც აჩვენებს მის შესანიშნავ რბილობას.(G) ორი TATSA-ის ფოტო მთლიანად და შეუფერხებლად შეკერილი სვიტერში.ფოტო: Wenjing Fan, Chongqing University.

TATSA-ს მუშაობის მექანიზმის გასაანალიზებლად, მისი მექანიკური და ელექტრული თვისებების ჩათვლით, ჩვენ ავაშენეთ TATSA-ს გეომეტრიული ქსოვის მოდელი, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 2A-ზე.სრული კარდიგანის ნაკერის გამოყენებით, გამტარი და ნეილონის ძაფები ერთმანეთში იკეტება მარყუჟის ერთეულების სახით კურსისა და ველის მიმართულებით.ერთი მარყუჟის სტრუქტურა (ნახ. S1) შედგება მარყუჟის თავისგან, მარყუჟის მკლავისგან, ნეკნების გადამკვეთი ნაწილისგან, სამაგრი ნაკერის მკლავისგან და სამაგრი ნაკერისგან.ორ განსხვავებულ ძაფს შორის კონტაქტის ზედაპირის ორი ფორმა შეიძლება მოიძებნოს: (i) საკონტაქტო ზედაპირი გამტარი ძაფის მარყუჟის თავსა და ნეილონის ძაფის ჩამკეტი ნაკერის თავსა და (ii) საკონტაქტო ზედაპირი მარყუჟის თავსა შორის. ნეილონის ძაფები და გამტარი ძაფის სამაგრი თავი.

(A) TATSA ნაქსოვი მარყუჟების წინა, მარჯვენა და ზედა მხარეებით.(B) TATSA-ს ძალის განაწილების სიმულაციის შედეგი 2 კპა ზეწოლის ქვეშ COMSOL პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით.(C) მოკლე ჩართვის პირობებში საკონტაქტო ერთეულის მუხტის გადაცემის სქემატური ილუსტრაციები.(D) საკონტაქტო ერთეულის მუხტის განაწილების სიმულაციის შედეგები ღია წრის პირობებში COMSOL პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით.

TATSA-ს მუშაობის პრინციპი შეიძლება აიხსნას ორი ასპექტით: გარე ძალის სტიმულაცია და მისი ინდუცირებული მუხტი.გარე ძალის სტიმულის საპასუხოდ სტრესის განაწილების ინტუიციურად გასაგებად, ჩვენ გამოვიყენეთ სასრული ელემენტების ანალიზი COMSOL პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით სხვადასხვა გარე ძალებზე 2 და 0.2 კპა, როგორც შესაბამისად ნაჩვენებია ნახ. 2B და ნახ.S9.სტრესი ჩნდება ორი ძაფის კონტაქტურ ზედაპირებზე.როგორც ნაჩვენებია ნახ.S10, ჩვენ განვიხილეთ ორი მარყუჟის ერთეული სტრესის განაწილების გასარკვევად.ორი განსხვავებული გარე ძალის ქვეშ სტრესის განაწილების შედარებისას, გამტარი და ნეილონის ძაფების ზედაპირებზე დაძაბულობა იზრდება გარეგანი ძალის გაზრდით, რაც იწვევს ორ ძაფს შორის კონტაქტს და ექსტრუზიას.მას შემდეგ, რაც გარე ძალა გათავისუფლდება, ორი ნართი გამოეყოფა და შორდება ერთმანეთს.

გამტარ ძაფსა და ნეილონის ძაფს შორის კონტაქტის გამოყოფის მოძრაობები იწვევს მუხტის გადაცემას, რაც მიეკუთვნება ტრიბოელექტრიფიკაციისა და ელექტროსტატიკური ინდუქციის შეერთებას.ელექტროენერგიის გამომუშავების პროცესის გასარკვევად, ჩვენ ვაანალიზებთ იმ უბნის კვეთას, სადაც ორი ნართი ერთმანეთს ეკონტაქტება (ნახ. 2C1).როგორც ნაჩვენებია ნახ. 2-ში (C2 და C3, შესაბამისად), როდესაც TATSA სტიმულირდება გარე ძალით და ორი ნართი კონტაქტშია ერთმანეთთან, ელექტრიფიკაცია ხდება გამტარი და ნეილონის ძაფების ზედაპირზე და ექვივალენტური მუხტები საპირისპიროზე. პოლარობები წარმოიქმნება ორი ძაფების ზედაპირზე.მას შემდეგ, რაც ორი ძაფები განცალკევდება, დადებითი მუხტები წარმოიქმნება შიდა უჟანგავი ფოლადში ელექტროსტატიკური ინდუქციის ეფექტის გამო.სრული სქემა ნაჩვენებია ნახ.S11.ელექტროენერგიის წარმოქმნის პროცესის უფრო რაოდენობრივი გაგების მისაღებად, ჩვენ მოვახდინეთ TATSA-ს პოტენციური განაწილების სიმულაცია COMSOL პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით (ნახ. 2D).როდესაც ეს ორი მასალა კონტაქტშია, მუხტი ძირითადად გროვდება ხახუნის მასალაზე და მხოლოდ მცირე რაოდენობის ინდუცირებული მუხტი იმყოფება ელექტროდზე, რაც იწვევს მცირე პოტენციალს (ნახ. 2D, ქვედა).როდესაც ორი მასალა განცალკევებულია (ნახ. 2D, ზემოთ), ელექტროდზე გამოწვეული მუხტი იზრდება პოტენციური სხვაობის გამო და შესაბამისი პოტენციალი იზრდება, რაც ავლენს კარგ შესაბამისობას ექსპერიმენტებიდან მიღებულ შედეგებსა და სიმულაციების შედეგებს შორის. .გარდა ამისა, ვინაიდან TATSA-ს გამტარ ელექტროდი შეფუთულია ტერილენის ძაფებში და კანი კონტაქტშია ორივე ხახუნის მასალასთან, ამიტომ, როდესაც TATSA პირდაპირ კანზე აცვია, მუხტი დამოკიდებულია გარე ძალაზე და არ იქნება. დასუსტებული იყოს კანით.

ჩვენი TATSA-ს სხვადასხვა ასპექტში მუშაობის დასახასიათებლად, ჩვენ მივაწოდეთ საზომი სისტემა, რომელიც შეიცავს ფუნქციის გენერატორს, დენის გამაძლიერებელს, ელექტროდინამიკურ შეკერს, ძალის ლიანდაგს, ელექტრომეტრს და კომპიუტერს (ნახ. S12).ეს სისტემა წარმოქმნის გარე დინამიურ წნევას 7 კპა-მდე.ექსპერიმენტში TATSA მოთავსდა ბრტყელ პლასტმასის ფურცელზე თავისუფალ მდგომარეობაში და გამომავალი ელექტრული სიგნალები იწერება ელექტრომეტრით.

გამტარი და ნეილონის ძაფების სპეციფიკაციები გავლენას ახდენენ TATSA-ს გამომავალ მუშაობაზე, რადგან ისინი განსაზღვრავენ კონტაქტის ზედაპირს და გარე წნევის აღქმის შესაძლებლობებს.ამის გამოსაკვლევად, ჩვენ დავამზადეთ სამი ზომის ორი ძაფები, შესაბამისად: გამტარი ნართი ზომით 150D/3, 210D/3 და 250D/3 და ნეილონის ნართი ზომით 150D/6, 210D/6 და 250D. /6 (D, დენიერი; საზომი ერთეული, რომელიც გამოიყენება ცალკეული ძაფების ბოჭკოების სისქის დასადგენად; ქსოვილები მაღალი დენიერის შემცველობით, როგორც წესი, სქელია).შემდეგ, ჩვენ შევარჩიეთ ეს ორი სხვადასხვა ზომის ძაფები, რომ მოვქსოვოთ ისინი სენსორში და TATSA-ს განზომილება შენარჩუნდა 3 სმ-ზე 3 სმ-ზე, მარყუჟის რიცხვით 16 ველის მიმართულებით და 10 კურსის მიმართულებით.ამრიგად, მიიღეს სენსორები ცხრა ქსოვის ნიმუშით.გამტარი ძაფის სენსორი ზომით 150D/3 და ნეილონის ნართი 150D/6 იყო ყველაზე თხელი, ხოლო გამტარი ძაფით 250D/3 ზომით და ნეილონის ნართი 250D/ ზომით. 6 ყველაზე სქელი იყო.0.1-დან 7 კპა-მდე მექანიკური აგზნების პირობებში, ამ შაბლონების ელექტრული გამომავალი სისტემატიურად იქნა გამოკვლეული და ტესტირება, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 3A-ზე.ცხრა TATSA-ის გამომავალი ძაბვები გაიზარდა გამოყენებული წნევის გაზრდით, 0.1-დან 4 kPa-მდე.კონკრეტულად, ქსოვის ყველა ნიმუშიდან, 210D/3 გამტარი ძაფის და 210D/6 ნეილონის ძაფების სპეციფიკაციამ წარმოადგინა უმაღლესი ელექტრული გამომუშავება და აჩვენა უმაღლესი მგრძნობელობა.გამომავალი ძაბვა აჩვენებდა მზარდ ტენდენციას TATSA-ს სისქის მატებასთან ერთად (საკმარისი კონტაქტის ზედაპირის გამო), სანამ TATSA არ იქსოვებოდა 210D/3 გამტარი ძაფის და 210D/6 ნეილონის ძაფების გამოყენებით.ვინაიდან სისქის შემდგომი ზრდა გამოიწვევს ძაფების მიერ გარე წნევის შეწოვას, გამომავალი ძაბვა შესაბამისად მცირდება.გარდა ამისა, აღნიშნულია, რომ დაბალი წნევის რეგიონში (<4 kPa), გამომავალი ძაბვის კარგად სწორხაზოვანმა ცვალებადობამ წნევით მისცა უმაღლესი წნევის მგრძნობელობა 7,84 mV Pa−1.მაღალი წნევის რეგიონში (>4 კპა) ექსპერიმენტულად დაფიქსირდა დაბალი წნევის მგრძნობელობა 0,31 mV Pa−1 ეფექტური ხახუნის არეალის გაჯერების გამო.მსგავსი წნევის მგრძნობელობა გამოვლინდა ძალის გამოყენების საპირისპირო პროცესის დროს.გამომავალი ძაბვისა და დენის კონკრეტული დროის პროფილები სხვადასხვა წნევის ქვეშ წარმოდგენილია ნახ.S13 (A და B, შესაბამისად).

(A) გამომავალი ძაბვა გამტარი ძაფის ცხრა ქსოვის ნიმუშის ქვეშ (150D/3, 210D/3 და 250D/3) შერწყმული ნეილონის ძაფთან (150D/6, 210D/6 და 250D/6).(B) ძაბვის რეაგირება მარყუჟის ერთეულების სხვადასხვა რაოდენობაზე იმავე ქსოვილის არეში, როდესაც მარყუჟის ნომერი უცვლელი რჩება უილის მიმართულებით.(C) ნახაზები, რომლებიც აჩვენებენ სიხშირის პასუხებს 1 კპა დინამიური წნევის ქვეშ და წნევის შეყვანის სიხშირე 1 ჰც.(D) სხვადასხვა გამომავალი და დენის ძაბვები 1, 5, 10 და 20 ჰც სიხშირეზე.(E) TATSA-ს გამძლეობის ტესტი 1 კპა წნევის ქვეშ.(F) TATSA-ს გამომავალი მახასიათებლები 20 და 40-ჯერ გარეცხვის შემდეგ.

მგრძნობელობაზე და გამომავალ ძაბვაზე ასევე გავლენას ახდენდა TATSA-ს ნაკერის სიმკვრივე, რომელიც განისაზღვრა ქსოვილის გაზომილ ფართობზე მარყუჟების მთლიანი რაოდენობით.ნაკერის სიმკვრივის ზრდა გამოიწვევს ქსოვილის სტრუქტურის უფრო კომპაქტურობას.ნახაზი 3B გვიჩვენებს გამომავალი ეფექტურობას სხვადასხვა მარყუჟის ნომრით ტექსტილის არეში 3 სმ-ზე 3 სმ, და ჩანართი ასახავს მარყუჟის ერთეულის სტრუქტურას (ჩვენ შევინარჩუნეთ მარყუჟის ნომერი კურსის მიმართულებით 10-ზე, ხოლო მარყუჟის ნომერი უილის მიმართულება იყო 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 და 26).მარყუჟის რაოდენობის გაზრდით, გამომავალი ძაბვა პირველად ავლენდა მზარდი ტენდენციას მზარდი კონტაქტის ზედაპირის გამო, გამომავალი ძაბვის მაქსიმალური პიკი 7.5 ვ-მდე, მარყუჟის რიცხვით 180. ამ წერტილის შემდეგ, გამომავალი ძაბვა მიჰყვებოდა კლების ტენდენციას, რადგან TATSA გახდა მჭიდრო და ორ ძაფს ჰქონდა შემცირებული კონტაქტის გამოყოფის სივრცე.იმის გასარკვევად, თუ რა მიმართულებით აქვს სიმკვრივე დიდ გავლენას გამომავალზე, ჩვენ შევინარჩუნეთ TATSA-ს მარყუჟის რიცხვი უილის მიმართულებით 18-ზე, ხოლო მარყუჟის რაოდენობა კურსის მიმართულებით იყო 7, 8, 9, 10. 11, 12, 13 და 14. შესაბამისი გამომავალი ძაბვები ნაჩვენებია ნახ.S14.შედარებისთვის, ჩვენ ვხედავთ, რომ სიმკვრივე კურსის მიმართულებით უფრო დიდ გავლენას ახდენს გამომავალ ძაბვაზე.შედეგად, 210D/3 გამტარი ძაფის და 210D/6 ნეილონის ძაფის და 180 მარყუჟის ერთეულის ქსოვის ნიმუში შეირჩა TATSA-ს მოსაქსოვად გამომავალი მახასიათებლების ყოვლისმომცველი შეფასების შემდეგ.გარდა ამისა, ჩვენ შევადარეთ ორი ტექსტილის სენსორის გამომავალი სიგნალები სრული კარდიგანის ნაკერისა და უბრალო ნაკერის გამოყენებით.როგორც ნაჩვენებია ნახ.S15, ელექტრული გამომავალი და მგრძნობელობა სრული კარდიგანის ნაკერის გამოყენებით გაცილებით მაღალია, ვიდრე ჩვეულებრივი ნაკერის გამოყენებით.

გაზომილი იყო რეაგირების დრო რეალურ დროში სიგნალების მონიტორინგისთვის.ჩვენი სენსორის გარე ძალებზე რეაგირების დროის შესამოწმებლად, ჩვენ შევადარეთ გამომავალი ძაბვის სიგნალები დინამიური წნევის შეყვანებს 1-დან 20 ჰც-მდე სიხშირეზე (ნახ. 3C და სურ. S16, შესაბამისად).გამომავალი ძაბვის ტალღების ფორმები თითქმის იდენტური იყო შემავალი სინუსოიდური წნევის ტალღების 1 კპა წნევის ქვეშ, ხოლო გამომავალ ტალღას ჰქონდა სწრაფი რეაგირების დრო (დაახლოებით 20 ms).ეს ჰისტერეზი შეიძლება გამოწვეული იყოს იმით, რომ ელასტიური სტრუქტურა გარე ძალის მიღების შემდეგ რაც შეიძლება მალე არ დაბრუნდა საწყის მდგომარეობაში.მიუხედავად ამისა, ეს პატარა ჰისტერეზი მისაღებია რეალურ დროში მონიტორინგისთვის.დინამიური წნევის მისაღებად გარკვეული სიხშირის დიაპაზონით, მოსალოდნელია TATSA-ს შესაბამისი სიხშირის პასუხი.ამრიგად, TATSA-ს დამახასიათებელი სიხშირე ასევე შემოწმდა.გარეგანი ამაღელვებელი სიხშირის გაზრდით, გამომავალი ძაბვის ამპლიტუდა თითქმის უცვლელი რჩებოდა, ხოლო დენის ამპლიტუდა იზრდებოდა, როდესაც დარტყმის სიხშირეები იცვლებოდა 1-დან 20 ჰც-მდე (ნახ. 3D).

TATSA-ს განმეორებადობის, სტაბილურობისა და გამძლეობის შესაფასებლად, ჩვენ გამოვცადეთ გამომავალი ძაბვა და დენის პასუხები წნევის დატვირთვა-გადმოტვირთვის ციკლებზე.სენსორზე გამოყენებული იყო 1 კპა წნევა 5 ჰც სიხშირით.პიკიდან პიკამდე ძაბვა და დენი დაფიქსირდა 100000 დატვირთვა-გადმოტვირთვის ციკლის შემდეგ (ნახ. 3E და სურ. S17, შესაბამისად).ძაბვისა და დენის ტალღის ფორმის გაფართოებული ხედები ნაჩვენებია ნახ. 3E და ნახ.S17, შესაბამისად.შედეგები ცხადყოფს TATSA-ს გასაოცარ განმეორებადობას, სტაბილურობას და გამძლეობას.რეცხვა ასევე არის TATSA-ს, როგორც მთლიანად ტექსტილის მოწყობილობის შეფასების არსებითი კრიტერიუმი.რეცხვის უნარის შესაფასებლად, ჩვენ შევამოწმეთ სენსორის გამომავალი ძაბვა მას შემდეგ, რაც მანქანით გავრეცხეთ TATSA, ტექსტილის ქიმიკოსთა და კოლორიტის ამერიკული ასოციაციის (AATCC) ტესტის მეთოდის მიხედვით 135-2017.დეტალური რეცხვის პროცედურა აღწერილია მასალები და მეთოდები.როგორც ნაჩვენებია ნახ. 3F-ზე, ელექტრული გამომავალი ჩაწერილი იყო 20-ჯერ და 40-ჯერ გარეცხვის შემდეგ, რამაც აჩვენა, რომ არ იყო გამომავალი ძაბვის მკაფიო ცვლილებები სარეცხი ტესტების განმავლობაში.ეს შედეგები ადასტურებს TATSA-ს გასაოცარ რეცხვას.როგორც ტარებადი ტექსტილის სენსორი, ჩვენ ასევე გამოვიკვლიეთ გამომავალი ეფექტურობა, როდესაც TATSA იყო დაჭიმვის (ნახ. S18), დაგრეხილის (ნახ. S19) და სხვადასხვა ტენიანობის (ნახ. S20) პირობებში.

TATSA-ს ზემოაღნიშნული მრავალი უპირატესობის საფუძველზე, ჩვენ შევიმუშავეთ უკაბელო მობილური ჯანმრთელობის მონიტორინგის სისტემა (WMHMS), რომელსაც აქვს ფიზიოლოგიური სიგნალების მუდმივი მოპოვების და შემდეგ პაციენტისთვის პროფესიული რჩევების მიცემის შესაძლებლობა.სურათი 4A გვიჩვენებს WMHMS-ის სქემის დიაგრამას TATSA-ზე დაფუძნებული.სისტემას აქვს ოთხი კომპონენტი: TATSA ანალოგური ფიზიოლოგიური სიგნალების მისაღებად, ანალოგური კონდიცირების წრე დაბალი გამტარი ფილტრით (MAX7427) და გამაძლიერებელი (MAX4465), რათა უზრუნველყოს საკმარისი დეტალები და სიგნალების შესანიშნავი სინქრონიზმი, ანალოგური ციფრული. კონვერტორი, რომელიც დაფუძნებულია მიკროკონტროლერის ერთეულზე ანალოგური სიგნალების ციფრულ სიგნალებად შეგროვებისა და გადაქცევისთვის, და Bluetooth მოდული (CC2640 დაბალი სიმძლავრის Bluetooth ჩიპი) ციფრული სიგნალის გადასაცემად მობილური ტელეფონის ტერმინალის აპლიკაციაში (APP; Huawei Honor 9).ამ კვლევაში, ჩვენ შეუფერხებლად შევკერეთ TATSA მაქმანზე, სამაჯურზე, თითის სამაგრზე და წინდზე, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 4B-ზე.

(A) WMHMS-ის ილუსტრაცია.(B) TATSA-ების ფოტოები შეკერილი მაჯის, თითის სამაგრში, წინდაში და მკერდის თასმში, შესაბამისად.პულსის გაზომვა (C1) კისერზე, (D1) მაჯაზე, (E1) თითის წვერზე და (F1) ტერფზე.პულსის ტალღის ფორმა (C2) კისერზე, (D2) მაჯაზე, (E2) თითის წვერზე და (F2) ტერფზე.(G) სხვადასხვა ასაკის პულსის ტალღების ფორმები.(H) ერთი იმპულსური ტალღის ანალიზი.რადიალური გაზრდის ინდექსი (AIx) განისაზღვრება როგორც AIx (%) = P2/P1.P1 არის მიმავალი ტალღის პიკი, ხოლო P2 არის არეკლილი ტალღის პიკი.(I) მხრისა და ტერფის პულსის ციკლი.პულსის ტალღის სიჩქარე (PWV) განისაზღვრება, როგორც PWV = D/∆T.D არის მანძილი ტერფსა და მკლავს შორის.∆T არის დროის დაყოვნება ტერფის მწვერვალებსა და მხრის პულსის ტალღებს შორის.PTT, პულსის ტრანზიტის დრო.(J) AIx და მხრის-ტერფის PWV (BAPWV) შედარება ჯანმრთელ და CAD-ებს შორის.*P <0.01, **P <0.001 და ***P <0.05.HTN, ჰიპერტენზია;CHD, გულის კორონარული დაავადება;DM, შაქრიანი დიაბეტი.ფოტო: ჯინ იანგი, ჩონკინგის უნივერსიტეტი.

ადამიანის სხეულის სხვადასხვა ნაწილების პულსის სიგნალების დასაკვირვებლად, ჩვენ დავამაგრეთ ზემოთხსენებული დეკორაციები TATSA-ებით შესაბამის პოზიციებზე: კისერზე (ნახ. 4C1), მაჯაზე (ნახ. 4D1), თითის წვერზე (ნახ. 4E1) და ტერფზე (ნახ. 4F1). ), როგორც დამუშავებულია ფილმებში S3-დან S6-მდე.მედიცინაში პულსის ტალღაში სამი მნიშვნელოვანი მახასიათებელი წერტილია: მიმავალი ტალღის P1 პიკი, არეკლილი ტალღის P2 პიკი და დიკროზული ტალღის პიკი P3.ამ მახასიათებლების წერტილების მახასიათებლები ასახავს არტერიების ელასტიურობის, პერიფერიული წინააღმდეგობის და მარცხენა პარკუჭის შეკუმშვის მდგომარეობას, რომელიც დაკავშირებულია გულ-სისხლძარღვთა სისტემასთან.25 წლის ქალის პულსის ტალღების ფორმები ზემოთ ოთხ პოზიციაზე იქნა მიღებული და დაფიქსირებული ჩვენს ტესტში.გაითვალისწინეთ, რომ სამი განმასხვავებელი წერტილი (P1-დან P3-მდე) დაფიქსირდა პულსის ტალღის ფორმაზე კისრის, მაჯის და თითის წვერზე, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 4-ში (C2-დან E2-მდე).ამის საპირისპიროდ, მხოლოდ P1 და P3 გამოჩნდა პულსის ტალღის ფორმაზე ტერფის პოზიციაზე და P2 არ იყო (ნახ. 4F2).ეს შედეგი გამოწვეული იყო შემომავალი სისხლის ტალღის სუპერპოზიციით, რომელიც გამოდევნილია მარცხენა პარკუჭით და არეკლილი ტალღით ქვედა კიდურებიდან (44).წინა კვლევებმა აჩვენა, რომ P2 წარმოდგენილია ტალღის ფორმით, რომელიც იზომება ზედა კიდურებში, მაგრამ არა ტერფში (45, 46).ჩვენ დავაკვირდით მსგავს შედეგებს TATSA-ით გაზომილ ტალღურ ფორმებში, როგორც ნაჩვენებია ნახ.S21, რომელიც აჩვენებს ტიპიურ მონაცემებს აქ შესწავლილი 80 პაციენტის მოსახლეობისგან.ჩვენ ვხედავთ, რომ P2 არ ჩანდა ამ პულსური ტალღების ფორმაში, რომელიც გაზომილია ტერფში, რაც აჩვენებს TATSA-ს უნარს აღმოაჩინოს ტალღის ფორმაში დახვეწილი მახასიათებლები.პულსის გაზომვის ეს შედეგები მიუთითებს იმაზე, რომ ჩვენს WMHMS-ს შეუძლია ზუსტად გამოავლინოს სხეულის ზედა და ქვედა პულსის ტალღების მახასიათებლები და რომ ის უპირატესია სხვა სამუშაოებზე (41, 47).შემდგომში იმის დასანიშნად, რომ ჩვენი TATSA შეიძლება ფართოდ იქნას გამოყენებული სხვადასხვა ასაკში, ჩვენ გავზომეთ პულსის ტალღის ფორმა 80 სუბიექტის სხვადასხვა ასაკში და ვაჩვენეთ რამდენიმე ტიპიური მონაცემი, როგორც ნაჩვენებია ნახ.S22.როგორც ნაჩვენებია ნახ. 4G-ში, ჩვენ ავირჩიეთ სამი მონაწილე 25, 45 და 65 წლის ასაკში და სამი მახასიათებელი აშკარა იყო ახალგაზრდა და საშუალო ასაკის მონაწილეებისთვის.სამედიცინო ლიტერატურის მიხედვით (48), ადამიანების უმეტესობის იმპულსური ტალღების მახასიათებლები იცვლება ასაკის მატებასთან ერთად, მაგალითად P2 წერტილის გაქრობა, რაც გამოწვეულია არეკლილი ტალღით, რომელიც წინ მიიწევს წინ გადადგმული ტალღის ზემოქმედების მიზნით, სისხლძარღვთა ელასტიურობა.ეს ფენომენი ასევე აისახება ჩვენ მიერ შეგროვებულ ტალღურ ფორმებში, რაც შემდგომში ვამოწმებთ, რომ TATSA შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა პოპულაციაზე.

პულსის ტალღის ფორმაზე გავლენას ახდენს არა მხოლოდ ინდივიდის ფიზიოლოგიური მდგომარეობა, არამედ ტესტის პირობებიც.ამიტომ, ჩვენ გავზომეთ პულსის სიგნალები TATSA-სა და კანს შორის სხვადასხვა კონტაქტური შებოჭილობის პირობებში (ნახ. S23) და სხვადასხვა აღმოჩენის პოზიციებზე საზომი ადგილზე (ნახ. S24).შეიძლება აღმოჩნდეს, რომ TATSA-ს შეუძლია მიიღოს თანმიმდევრული იმპულსური ტალღების ფორმები გემის გარშემო დეტალური ინფორმაციით, საზომი ადგილის დიდ ეფექტური აღმოჩენის ზონაში.გარდა ამისა, არსებობს მკაფიო გამომავალი სიგნალები TATSA-სა და კანს შორის სხვადასხვა კონტაქტური შებოჭილობის პირობებში.გარდა ამისა, სენსორების მქონე პირთა მოძრაობა გავლენას მოახდენს პულსის სიგნალებზე.როდესაც სუბიექტის მაჯა სტატიკურ მდგომარეობაშია, მიღებული პულსის ტალღის ფორმის ამპლიტუდა სტაბილურია (ნახ. S25A);პირიქით, როდესაც მაჯა ნელა მოძრაობს კუთხით -70°-დან 70°-მდე 30 წამის განმავლობაში, პულსის ტალღის ფორმის ამპლიტუდა მერყეობს (ნახ. S25B).თუმცა, თითოეული პულსის ტალღის ფორმის კონტური ჩანს და პულსის სიხშირის ზუსტად დადგენა მაინც შესაძლებელია.ცხადია, ადამიანის მოძრაობაში იმპულსური ტალღის სტაბილური შეძენის მისაღწევად, საჭიროა შემდგომი სამუშაოების შესწავლა სენსორის დიზაინისა და უკანა სიგნალის დამუშავების ჩათვლით.

გარდა ამისა, გულ-სისხლძარღვთა სისტემის მდგომარეობის გასაანალიზებლად და რაოდენობრივად შესაფასებლად შეძენილი პულსის ტალღების ფორმების მეშვეობით ჩვენი TATSA, ჩვენ შემოვიღეთ ორი ჰემოდინამიკური პარამეტრი გულ-სისხლძარღვთა სისტემის შეფასების სპეციფიკაციის მიხედვით, კერძოდ, გაზრდის ინდექსი (AIx) და პულსის ტალღის სიჩქარე. (PWV), რომელიც წარმოადგენს არტერიების ელასტიურობას.როგორც ნაჩვენებია ნახაზზე 4H, პულსის ტალღის ფორმა 25 წლის ჯანმრთელი მამაკაცის მაჯის პოზიციაზე გამოყენებული იყო AIx-ის ანალიზისთვის.ფორმულის მიხედვით (ნაწილი S1) მიიღეს AIx = 60%, რაც ნორმალური მნიშვნელობაა.შემდეგ, ჩვენ ერთდროულად შევაგროვეთ პულსის ტალღის ორი ფორმა ამ მონაწილის მკლავისა და ტერფის პოზიციებზე (პულსის ტალღის ფორმის გაზომვის დეტალური მეთოდი აღწერილია მასალები და მეთოდები).როგორც ნახ. 4I-ზეა ნაჩვენები, ორი პულსის ტალღის მახასიათებლის წერტილები იყო განსხვავებული.შემდეგ ჩვენ გამოვთვალეთ PWV ფორმულის მიხედვით (ნაწილი S1).PWV = 1363 სმ/წმ, რაც არის დამახასიათებელი მნიშვნელობა, რომელიც მოსალოდნელია ჯანმრთელი ზრდასრული მამრისთვის.მეორეს მხრივ, ჩვენ ვხედავთ, რომ AIx-ის ან PWV-ის მეტრიკაზე გავლენას არ ახდენს პულსის ტალღის ფორმის ამპლიტუდის განსხვავება და AIx-ის მნიშვნელობები სხეულის სხვადასხვა ნაწილში მრავალფეროვანია.ჩვენს კვლევაში გამოყენებული იქნა რადიალური AIx.WMHMS-ის გამოყენებადობის შესამოწმებლად სხვადასხვა ადამიანში, ჩვენ შევარჩიეთ 20 მონაწილე ჯანსაღ ჯგუფში, 20 ჰიპერტენზიის (HTN) ჯგუფში, 20 გულის კორონარული დაავადების (CHD) ჯგუფში 50-დან 59 წლამდე და 20 ჯგუფში. შაქრიანი დიაბეტის (DM) ჯგუფი.ჩვენ გავზომეთ მათი პულსის ტალღები და შევადარეთ მათი ორი პარამეტრი, AIx და PWV, როგორც წარმოდგენილია ნახ. 4J.შეიძლება დადგინდეს, რომ HTN, CHD და DM ჯგუფების PWV მნიშვნელობები უფრო დაბალი იყო ჯანმრთელ ჯგუფთან შედარებით და აქვთ სტატისტიკური განსხვავება (PHTN ≪ 0,001, PCHD ≪ 0,001 და PDM ≪ 0,001; P მნიშვნელობები გამოთვლილი იყო t-ით. ტესტი).იმავდროულად, HTN და CHD ჯგუფების AIx მნიშვნელობები უფრო დაბალი იყო ჯანმრთელ ჯგუფთან შედარებით და აქვთ სტატისტიკური განსხვავება (PHTN <0.01, PCHD <0.001 და PDM <0.05).PWV და AIx მონაწილეთა CHD, HTN ან DM იყო უფრო მაღალი ვიდრე ჯანმრთელ ჯგუფში.შედეგები აჩვენებს, რომ TATSA-ს შეუძლია ზუსტად მიიღოს პულსის ტალღის ფორმა გულ-სისხლძარღვთა პარამეტრის გამოსათვლელად გულ-სისხლძარღვთა ჯანმრთელობის მდგომარეობის შესაფასებლად.დასასრულს, მისი უსადენო, მაღალი გარჩევადობის, მაღალი მგრძნობელობის მახასიათებლებისა და კომფორტის გამო, TATSA-ზე დაფუძნებული WMHMS უზრუნველყოფს რეალურ დროში მონიტორინგისთვის უფრო ეფექტურ ალტერნატივას, ვიდრე ამჟამინდელი ძვირადღირებული სამედიცინო აღჭურვილობა, რომელიც გამოიყენება საავადმყოფოებში.

პულსის ტალღის გარდა, რესპირატორული ინფორმაცია ასევე არის პირველადი სასიცოცხლო ნიშანი, რომელიც ხელს უწყობს ინდივიდის ფიზიკური მდგომარეობის შეფასებას.ჩვენს TATSA-ზე დაფუძნებული სუნთქვის მონიტორინგი უფრო მიმზიდველია, ვიდრე ჩვეულებრივი პოლისომნოგრაფია, რადგან ის შეიძლება შეუფერხებლად იყოს ინტეგრირებული ტანსაცმელში უკეთესი კომფორტისთვის.გულმკერდის თეთრ ელასტიურ სამაჯურში შეკერილი, TATSA პირდაპირ იყო მიბმული ადამიანის სხეულზე და მკერდის გარშემო დამაგრებული იყო სუნთქვის მონიტორინგისთვის (ნახ. 5A და ფილმი S7).TATSA დეფორმირებულია ნეკნების გაფართოებისა და შეკუმშვის შედეგად, რის შედეგადაც წარმოიქმნა ელექტრული გამომავალი.შეძენილი ტალღის ფორმა დამოწმებულია ნახ. 5B-ში.სიგნალი დიდი რყევებით (ამპლიტუდა 1,8 ვ) და პერიოდული ცვლილებებით (სიხშირე 0,5 ჰც) შეესაბამებოდა სუნთქვის მოძრაობას.შედარებით მცირე რყევის სიგნალი იყო გადატანილი ამ დიდ რყევის სიგნალზე, რომელიც იყო გულისცემის სიგნალი.სუნთქვისა და გულისცემის სიგნალების სიხშირის მახასიათებლების მიხედვით, ჩვენ გამოვიყენეთ 0.8-ჰც-იანი დაბალი გამტარი ფილტრი და 0.8-დან 20 ჰც-მდე დიაპაზონის ფილტრი, რათა გამოეყოთ რესპირატორული და გულისცემის სიგნალები, შესაბამისად, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 5C-ზე. .ამ შემთხვევაში, სტაბილური რესპირატორული და პულსური სიგნალები უხვი ფიზიოლოგიური ინფორმაციით (როგორიცაა სუნთქვის სიხშირე, გულისცემის სიხშირე და პულსის ტალღის მახასიათებელი წერტილები) მიიღება ერთდროულად და ზუსტად, უბრალოდ ერთი TATSA მკერდზე დაყენებით.

(A) ფოტო, რომელიც გვიჩვენებს მკერდზე მოთავსებული TATSA-ს ჩვენებას სუნთქვასთან დაკავშირებული წნევის სიგნალის გასაზომად.(B) ძაბვის დროის ნაკვეთი მკერდზე დამაგრებული TATSA-სთვის.(C) სიგნალის (B) დაშლა გულისცემასა და სუნთქვის ტალღის ფორმაში.(D) ფოტო, რომელშიც ნაჩვენებია ორი TATSA, რომელიც მოთავსებულია მუცელზე და მაჯაზე ძილის დროს, შესაბამისად, სუნთქვისა და პულსის გასაზომად.(E) ჯანმრთელი მონაწილის რესპირატორული და პულსური სიგნალები.HR, გულისცემა;BPM, დარტყმები წუთში.(F) SAS მონაწილის რესპირატორული და პულსური სიგნალები.(G) ჯანმრთელი მონაწილის რესპირატორული სიგნალი და PTT.(H) SAS მონაწილის რესპირატორული სიგნალი და PTT.(I) კავშირი PTT აგზნების ინდექსსა და აპნოე-ჰიპოპნოეს ინდექსს (AHI) შორის.ფოტო: Wenjing Fan, Chongqing University.

იმის დასამტკიცებლად, რომ ჩვენს სენსორს შეუძლია ზუსტად და საიმედოდ აკონტროლოს პულსის და რესპირატორული სიგნალები, ჩვენ ჩავატარეთ ექსპერიმენტი, რათა შევადაროთ პულსის და სუნთქვის სიგნალების გაზომვის შედეგები ჩვენს TATSA-სა და სტანდარტულ სამედიცინო ინსტრუმენტს (MHM-6000B) შორის, როგორც ეს აღწერილია ფილმებში S8. და S9.პულსის ტალღის გაზომვისას სამედიცინო ინსტრუმენტის ფოტოელექტრული სენსორი ეცვა ახალგაზრდა გოგონას მარცხენა საჩვენებელ თითზე, ამასობაში კი ჩვენი TATSA ეცვა მის მარჯვენა საჩვენებელ თითზე.ორი შეძენილი პულსის ტალღის ფორმიდან შეგვიძლია დავინახოთ, რომ მათი კონტურები და დეტალები იდენტური იყო, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ TATSA-ს მიერ გაზომილი პულსი ისეთივე ზუსტია, როგორც სამედიცინო ინსტრუმენტის მიერ.სუნთქვის ტალღის გაზომვისას, სამედიცინო ინსტრუქციის მიხედვით, ახალგაზრდა მამაკაცის სხეულის ხუთ უბანზე დამაგრდა ხუთი ელექტროკარდიოგრაფიული ელექტროდი.ამის საპირისპიროდ, მხოლოდ ერთი TATSA იყო პირდაპირ მიბმული სხეულზე და დამაგრებული მკერდზე.შეგროვებული რესპირატორული სიგნალებიდან ჩანს, რომ ჩვენი TATSA-ს მიერ აღმოჩენილი სუნთქვის სიგნალის ცვალებადობის ტენდენცია და სიხშირე შეესაბამებოდა სამედიცინო ინსტრუმენტს.ამ ორმა შედარების ექსპერიმენტმა დაადასტურა ჩვენი სენსორული სისტემის სიზუსტე, საიმედოობა და სიმარტივე პულსის და რესპირატორული სიგნალების მონიტორინგისთვის.

გარდა ამისა, ჩვენ შევქმენით ჭკვიანი ტანსაცმლის ნაჭერი და გავაკერეთ ორი TATSA მუცლისა და მაჯის პოზიციებზე, შესაბამისად რესპირატორული და პულსის სიგნალების მონიტორინგისთვის.კონკრეტულად, განვითარებული ორარხიანი WMHMS გამოიყენებოდა პულსის და რესპირატორული სიგნალების ერთდროულად გადასაღებად.ამ სისტემის საშუალებით მივიღეთ 25 წლის მამაკაცის რესპირატორული და პულსური სიგნალები, რომელიც ჩაცმული იყო ჩვენს ჭკვიან ტანსაცმელში ძილის დროს (ნახ. 5D და ფილმი S10) და ჯდომისას (ნახ. S26 და ფილმი S11).შეძენილი რესპირატორული და პულსური სიგნალები შეიძლება უსადენოდ გადაეცეს მობილური ტელეფონის აპლიკაციას.როგორც ზემოთ აღინიშნა, TATSA-ს აქვს რესპირატორული და პულსური სიგნალების აღების უნარი.ეს ორი ფიზიოლოგიური სიგნალი ასევე არის კრიტერიუმი, რომ შეფასდეს SAS სამედიცინო თვალსაზრისით.ამიტომ, ჩვენი TATSA ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ძილის ხარისხისა და მასთან დაკავშირებული ძილის დარღვევების მონიტორინგისა და შესაფასებლად.როგორც ნაჩვენებია სურ. 5-ში (E და F, შესაბამისად), ჩვენ განუწყვეტლივ გავზომეთ პულსი და რესპირატორული ტალღების ფორმა ორი მონაწილის, ჯანმრთელისა და SAS-ით დაავადებული პაციენტის.აპნოეს გარეშე პირისთვის, გაზომილი სუნთქვის და პულსის სიხშირე რჩებოდა სტაბილური 15 და 70, შესაბამისად.SAS-ით დაავადებული პაციენტისთვის დაფიქსირდა მკაფიო აპნოე 24 წამის განმავლობაში, რაც მიუთითებს ობსტრუქციული რესპირატორული მოვლენის შესახებ, და გულისცემა ოდნავ გაიზარდა აპნოეს პერიოდის შემდეგ ნერვული სისტემის რეგულირების გამო (49).მოკლედ, რესპირატორული სტატუსი შეიძლება შეფასდეს ჩვენი TATSA-ს მიერ.

SAS-ის ტიპის შემდგომი შესაფასებლად პულსის და რესპირატორული სიგნალების საშუალებით, ჩვენ გავაანალიზეთ პულსის ტრანზიტის დრო (PTT), არაინვაზიური ინდიკატორი, რომელიც ასახავს ცვლილებებს პერიფერიულ სისხლძარღვთა წინააღმდეგობასა და ინტრათორაკალურ წნევაში (განსაზღვრულია სექციაში S1) ჯანმრთელი მამაკაცისა და პაციენტის SAS.ჯანმრთელი მონაწილისთვის სუნთქვის სიხშირე უცვლელი დარჩა და PTT იყო შედარებით სტაბილური 180-დან 310 ms-მდე (ნახ. 5G).თუმცა, SAS-ის მონაწილისთვის, PTT განუწყვეტლივ იზრდებოდა 120-დან 310 ms-მდე აპნოეს დროს (ნახ. 5H).ამრიგად, მონაწილეს დაუსვეს ობსტრუქციული SAS (OSAS) დიაგნოზი.თუ PTT ცვლილება შემცირდა აპნოეს დროს, მაშინ მდგომარეობა განისაზღვრა, როგორც ცენტრალური ძილის აპნოეს სინდრომი (CSAS), და თუ ეს ორი სიმპტომი ერთდროულად არსებობდა, მაშინ დიაგნოზს დასვამდნენ, როგორც შერეული SAS (MSAS).SAS-ის სიმძიმის შესაფასებლად, ჩვენ შემდგომ გავაანალიზეთ შეგროვებული სიგნალები.PTT აგზნების ინდექსი, რომელიც არის PTT აგზნების რაოდენობა საათში (PTT აგზნება განისაზღვრება, როგორც PTT-ის დაცემა ≥15 ms-ით, რომელიც გრძელდება ≥3 წმ), მნიშვნელოვან როლს ასრულებს SAS-ის ხარისხის შეფასებაში.აპნოე-ჰიპოპნოეს ინდექსი (AHI) არის სტანდარტი SAS-ის ხარისხის დასადგენად (აპნოე არის სუნთქვის შეწყვეტა, ხოლო ჰიპოპნოე არის ზედმეტად ზედაპირული სუნთქვა ან სუნთქვის არანორმალურად დაბალი სიხშირე), რომელიც განისაზღვრება, როგორც აპნოესა და ჰიპოპნოეს რაოდენობა ერთზე. საათი ძილის დროს (კავშირი AHI-სა და OSAS-ის შეფასების კრიტერიუმებს შორის ნაჩვენებია ცხრილში S2).AHI-სა და PTT აგზნების ინდექსს შორის კავშირის გამოსაკვლევად, SAS-ით დაავადებული 20 პაციენტის რესპირატორული სიგნალები შეირჩა და გაანალიზდა TATSA-ებით.როგორც ნაჩვენებია ნახატ 5I-ში, PTT აგზნების ინდექსი დადებითად კორელაციაშია AHI-სთან, რადგან ძილის დროს აპნოე და ჰიპოპნოე იწვევს არტერიული წნევის აშკარა და გარდამავალ მატებას, რაც იწვევს PTT-ის შემცირებას.ამრიგად, ჩვენს TATSA-ს შეუძლია ერთდროულად მიიღოს სტაბილური და ზუსტი პულსი და რესპირატორული სიგნალები, რაც უზრუნველყოფს მნიშვნელოვან ფიზიოლოგიურ ინფორმაციას გულ-სისხლძარღვთა სისტემაზე და SAS-ზე დაკავშირებული დაავადებების მონიტორინგისა და შეფასებისთვის.

მოკლედ, ჩვენ შევიმუშავეთ TATSA სრული კარდიგანის ნაკერის გამოყენებით სხვადასხვა ფიზიოლოგიური სიგნალების ერთდროულად გამოსავლენად.ამ სენსორს ახასიათებდა მაღალი მგრძნობელობა 7,84 mV Pa−1, სწრაფი რეაგირების დრო 20 ms, მაღალი სტაბილურობა 100000 ციკლზე მეტი და ფართო სამუშაო სიხშირის გამტარობა.TATSA-ს საფუძველზე, ასევე შეიქმნა WMHMS გაზომილი ფიზიოლოგიური პარამეტრების მობილურ ტელეფონზე გადასაცემად.TATSA შეიძლება ჩაერთოს ტანსაცმლის სხვადასხვა საიტებში ესთეტიკური დიზაინისთვის და გამოყენებული იქნას პულსის და რესპირატორული სიგნალების რეალურ დროში მონიტორინგისთვის.სისტემა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ჯანმრთელი და CAD ან SAS-ის მქონე ადამიანების გარჩევის მიზნით, დეტალური ინფორმაციის აღების შესაძლებლობის გამო.ამ კვლევამ უზრუნველყო კომფორტული, ეფექტური და მოსახერხებელი მიდგომა ადამიანის პულსის და სუნთქვის გაზომვისთვის, რაც წარმოადგენს წინსვლას აცვიათ ტექსტილის ელექტრონიკის განვითარებაში.

უჟანგავი ფოლადი არაერთხელ გაიარეს ყალიბში და დაჭიმეს 10 მკმ დიამეტრის ბოჭკოს წარმოქმნით.უჟანგავი ფოლადის ბოჭკო, როგორც ელექტროდი, ჩასმული იყო კომერციული ერთფენიანი ტერილენის ძაფებში.

სინუსოიდური წნევის სიგნალის უზრუნველსაყოფად გამოიყენეს ფუნქციის გენერატორი (Stanford DS345) და გამაძლიერებელი (LabworkPa-13).ორმაგი დიაპაზონის ძალის სენსორი (Vernier Software & Technology LLC) გამოყენებული იქნა TATSA-ზე გამოყენებული გარე წნევის გასაზომად.Keithley სისტემის ელექტრომეტრი (Keithley 6514) გამოიყენებოდა TATSA-ს გამომავალი ძაბვისა და დენის მონიტორინგისა და ჩაწერისთვის.

AATCC ტესტის მეთოდის მიხედვით 135-2017, ჩვენ გამოვიყენეთ TATSA და საკმარისი ბალასტი, როგორც 1.8 კგ დატვირთვა და შემდეგ ჩავდეთ ისინი კომერციულ სამრეცხაო მანქანაში (Labtex LBT-M6T) დელიკატური მანქანით რეცხვის ციკლების შესასრულებლად.შემდეგ, სარეცხი მანქანა ავავსეთ 18 გალონი წყლით 25°C ტემპერატურაზე და დავაყენეთ სარეცხი მანქანა არჩეული რეცხვის ციკლისთვის და დროისთვის (აჟიოტაჟის სიჩქარე, 119 დარტყმა წუთში; რეცხვის დრო, 6 წთ; საბოლოო ბრუნვის სიჩქარე, 430 rpm; საბოლოო დატრიალების დრო, 3 წუთი).ბოლოს, TATSA დაკიდეს მშრალ ჰაერში ოთახის ტემპერატურაზე არაუმეტეს 26°C.

სუბიექტებს დაევალათ დაწოლილიყვნენ საწოლზე მწოლიარე მდგომარეობაში.TATSA განთავსდა საზომ ადგილებზე.მას შემდეგ, რაც სუბიექტები სტანდარტულ მწოლიარე მდგომარეობაში იყვნენ, მათ შეინარჩუნეს სრულიად მოდუნებული მდგომარეობა 5-დან 10 წუთის განმავლობაში.შემდეგ პულსის სიგნალმა გაზომვა დაიწყო.

ამ სტატიის დამატებითი მასალა ხელმისაწვდომია https://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/11/eaay2840/DC1

ნახ S9.TATSA-ს ძალის განაწილების სიმულაციური შედეგი გამოყენებული წნევით 0.2 kPa-ზე COMSOL პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით.

ნახ S10.საკონტაქტო ერთეულის ძალის განაწილების სიმულაციური შედეგები გამოყენებული წნევის ქვეშ 0.2 და 2 კპა, შესაბამისად.

ნახ S11.მოკლე ჩართვის პირობებში საკონტაქტო ერთეულის მუხტის გადაცემის სრული სქემატური ილუსტრაციები.

ნახ S13.TATSA-ს უწყვეტი გამომავალი ძაბვა და დენი გაზომვის ციკლში მუდმივად გამოყენებული გარე წნევის საპასუხოდ.

ნახ S14.ძაბვის პასუხი სხვადასხვა რაოდენობის მარყუჟის ერთეულებზე იმავე ქსოვილის არეში, როდესაც მარყუჟის ნომერი უცვლელი რჩება უილის მიმართულებით.

ნახ S15.შედარება ორი ტექსტილის სენსორის გამომავალ ეფექტებს შორის სრული კარდიგანის ნაკერისა და უბრალო ნაკერის გამოყენებით.

ნახ S16.ნახაზები, რომლებიც აჩვენებენ სიხშირის პასუხებს დინამიურ წნევაზე 1 kPa და წნევის შეყვანის სიხშირეზე 3, 5, 7, 9, 10, 11, 13, 15, 18 და 20 ჰც.

ნახ S25.სენსორის გამომავალი ძაბვები, როდესაც სუბიექტი იყო სტატიკური და მოძრაობის პირობებში.

ნახ S26.ფოტო, სადაც ნაჩვენებია მუცელზე და მაჯაზე ერთდროულად მოთავსებული TATSA-ები, შესაბამისად სუნთქვისა და პულსის გასაზომად.

ეს არის ღია წვდომის სტატია, რომელიც ვრცელდება Creative Commons Attribution-NonCommercial ლიცენზიის პირობებით, რომელიც იძლევა გამოყენების, გავრცელებისა და რეპროდუცირების ნებართვას ნებისმიერ საშუალებებში, სანამ შედეგი არ არის კომერციული სარგებლისთვის და იმ პირობით, რომ ორიგინალური ნამუშევარი სათანადოდ არის შესრულებული. ციტირებული.

შენიშვნა: ჩვენ ვითხოვთ მხოლოდ თქვენს ელფოსტის მისამართს, რათა იმ პირმა, რომელსაც რეკომენდაციას უწევთ გვერდს, იცოდეს, რომ გინდოდათ, რომ ნახოს იგი და რომ ეს არ არის უსარგებლო ფოსტა.ჩვენ არ ვიღებთ ელ.ფოსტის მისამართს.

Wenjing Fan, Qiang He, Keyu Meng, Xulong Tan, Zhihao Zhou, Gaoqiang Zhang, Jin Yang, Zhong Lin Wang

ჯანმრთელობის მონიტორინგისთვის შეიქმნა ტრიბოელექტრული მთლიანად ტექსტილის სენსორი მაღალი წნევის მგრძნობელობით და კომფორტით.

Wenjing Fan, Qiang He, Keyu Meng, Xulong Tan, Zhihao Zhou, Gaoqiang Zhang, Jin Yang, Zhong Lin Wang

გამოქვეყნების დრო: მარ-27-2020