Tekstilsensorplaster lavet med ledende garn kunne registrere trykpunkter for amputerede

En blød, fleksibelt sensorsystem skabt med elektrisk ledende garn kan hjælpe med at kortlægge problematiske trykpunkter i soklen på en amputerets proteselem, Det rapporterer forskere fra North Carolina State University i en ny undersøgelse.

I IEEE Sensors Journal , forskere fra North Carolina State University rapporterede om letvægteren, blød tekstil-baseret sensor prototype patch. Enheden inkorporerer et gitter af ledende garner og er forbundet til en lille computer. De testede systemet på en protese og i gangeksperimenter med to frivillige, at finde systemet kunne pålideligt spore trykændringer i realtid.

"Det, folk almindeligvis bruger til at måle tryk i proteser, er stive sensorer, " sagde undersøgelsens første forfatter Jordan Tabor, en kandidatstuderende ved NC State College of Textiles. "De er svære, de er omfangsrige; de kan være tunge. Det er ikke ting, som amputerede kan bruge til daglig, fordi stive sensorer påvirker pasformen af ​​amputeredes proteser negativt. Stive sensorer kan også forårsage ubehag. Vi har designet sensorer, der kan integreres i tekstiler på en måde, der ikke forårsager yderligere ubehag for brugeren, og kunne bæres på en mere regelmæssig basis."

I et eksperiment, forskerne testede, om plasteret kunne registrere ændringer i tryk, når de placerede det på et kunstigt lem, drejet i forskellige vinkler. Derefter brugte de det til at teste trykændringer, når en rask person bar sensorplasteret, mens han gik med en bøjet knæadapter, og mens han flyttede vægten mellem benene.

I deres sidste eksperiment, en frivillig med et amputeret underben bar plasteret på foringen af ​​deres proteselem i områder, hvor protesen typisk udøver højere tryk. De testede sensorplasteret, mens den frivillige skiftede vægt og gik på et løbebånd, at finde, at systemet var holdbart og pålideligt kunne overvåge trykændringer i soklen.

"Denne tilgang, som vi tænkte på for et par år siden, virker, og det er en teknologi, der er let at fremstille, " sagde Tushar Ghosh, undersøgelsens medkorresponderende forfatter. "Du kan ikke lægge materialer ved siden af ​​huden, som er ubehagelige og måske ikke er sikre. Så vi lægger ting, der bliver brugt omkring os hele tiden, og er bløde og fleksible." Ghosh er William A. Klopman Distinguished Professor of Textile Engineering, Kemi og videnskab i NC State's Wilson College of Textiles.

En del af forskernes arbejde involverede at designe sensorsystemet til at være let og lille nok til menneskelig brug. Arbejdet var et samarbejde mellem forskere i tekstil, elektriske, computer og biomedicinsk teknik ved NC State. De menneskelige eksperimenter blev udført af rehabiliteringsingeniørforskere ledet af Helen Huang, Jackson Family Distinguished Professor i UNC/NC State Joint Department of Biomedical Engineering og en senior medforfatter af papiret.

De skabte sensorlappen ved at sy garnerne sammen på en sådan måde, at de skabte et elektromagnetisk felt. Da forskerne syede garnene ind i et gitter, og anvendte en lille mængde elektrisk strøm ved hjælp af et lille batteri, de fandt ud af, at de kunne måle mængden af ​​elektrisk ladning ved at trække garnerne sammen ved hvert gitterpunkt. Afgifterne ændrede sig afhængigt af, hvor tæt garnene var sammen, som vedrørte, hvor meget tryk der blev påført af bæreren. De forbandt garn, isolerede dem, lagde dem på et tekstilstof, og sluttede dem til en lille elektronisk enhed for at fange dataene. De inkluderede også en lille radio for trådløst at spore målingerne.

"Vi sluttede tekstilfibrene til et elektrisk kredsløb, der er lidt større end en fjerdedel, og som kan scanne så mange som 10 gange 10 fibre, " sagde undersøgelsens medkorresponderende forfatter Alper Bozkurt, professor i elektroteknik ved NC State. "Det giver os 100 målepunkter. Alt er forbundet til en lille mikrocomputer, som har en radio til trådløs datasporing."

Mens forskere brugte et garn, der var kommercielt tilgængeligt til undersøgelsen, de arbejder også på at udvikle deres egen tekstilfiber til at registrere mere end blot trykændringer i soklen på en amputerets protese.

Det næste trin i projektet er at integrere sensorerne direkte i protesefatninger, eller ind i en bærbar genstand. They would also need to study the sensor's potential clinical value in a larger study.

"Our broader vision is to design something like a sock, or to integrate the sensor system into the prosthetic socket, so when a person dons their prosthesis, they are able to monitor what's happening in terms of pressure distribution and other measurements, " sagde Huang.

"The study, "Textile-based Pressure Sensors for Monitoring Prosthetic-Socket Interfaces, " blev offentliggjort online i IEEE Sensors Journal on Jan. 21.