Een zachte, flexibel sensorsysteem gemaakt met elektrisch geleidende garens kan helpen bij het in kaart brengen van problematische drukpunten in de koker van het prothetische ledemaat van een geamputeerde, Dat melden onderzoekers van de North Carolina State University in een nieuwe studie.

In IEEE Sensors Journal , onderzoekers van de North Carolina State University rapporteerden over de lichtgewicht, zachte, op textiel gebaseerde sensor prototype patch. Het apparaat bevat een rooster van geleidende garens en is verbonden met een kleine computer. Ze testten het systeem op een prothetische ledemaat en in loopexperimenten met twee menselijke vrijwilligers, door het systeem te vinden, kunnen drukveranderingen in realtime betrouwbaar worden gevolgd.

"Wat mensen gewoonlijk gebruiken om druk in protheses te meten, zijn stijve sensoren, " zei de eerste auteur van de studie, Jordan Tabor, een afgestudeerde student aan het NC State College of Textiles. "Ze zijn moeilijk, ze zijn omvangrijk; ze kunnen zwaar zijn. Dit zijn geen dingen die geamputeerden dagelijks kunnen gebruiken, omdat stijve sensoren de pasvorm van de prothesen van geamputeerden negatief beïnvloeden. Stijve sensoren kunnen ook ongemak veroorzaken. We hebben sensoren ontworpen die in textiel kunnen worden geïntegreerd op een manier die geen extra ongemak voor de gebruiker veroorzaakt, en zou op een meer regelmatige basis kunnen worden gedragen."

In een experiment, de onderzoekers testten of de pleister veranderingen in druk kon detecteren wanneer ze hem op een kunstledemaat legden, onder verschillende hoeken gedraaid. Daarna gebruikten ze het om drukveranderingen te testen wanneer een valide persoon de sensorpleister droeg tijdens het lopen met een gebogen knie-adapter en tijdens het verplaatsen van hun gewicht tussen de benen.

In hun laatste experiment, een vrijwilliger met een geamputeerd onderbeen droeg de pleister op de voering van hun prothetische ledemaat in gebieden waar de prothetische ledemaat doorgaans hogere druk uitoefent. Ze testten de sensorpleister terwijl de vrijwilliger zijn gewicht verschoof en op een loopband liep. het vinden van het systeem was duurzaam en kon op betrouwbare wijze de drukveranderingen in de mof volgen.

"Deze aanpak die we een paar jaar geleden bedachten, werkt, en het is een gemakkelijk te produceren technologie, " zei Tushar Ghosh, de co-corresponderende auteur van de studie. "Je kunt geen materialen naast de huid leggen die oncomfortabel en misschien niet veilig zijn. Dus plaatsen we dingen die altijd om ons heen worden gebruikt, en zijn zacht en flexibel." Ghosh is de William A. Klopman Distinguished Professor of Textile Engineering, Chemie en wetenschap in het Wilson College of Textiles van de staat NC.

Een deel van het werk van de onderzoekers omvatte het ontwerpen van het sensorsysteem om lichtgewicht en klein genoeg te zijn voor menselijk gebruik. Het werk was een samenwerking tussen onderzoekers in textiel, elektrisch, computer- en biomedische technologie bij NC State. De menselijke experimenten werden uitgevoerd door onderzoekers van revalidatietechniek onder leiding van Helen Huang, de Jackson Family Distinguished Professor in de UNC/NC State Joint Department of Biomedical Engineering en een senior co-auteur van het artikel.

Ze creëerden de sensorpatch door de draden zo aan elkaar te naaien dat ze een elektromagnetisch veld creëerden. Toen de onderzoekers de garens in een rooster naaiden, en een kleine hoeveelheid elektrische stroom toepaste met behulp van een kleine batterij, ze ontdekten dat ze de hoeveelheid elektrische lading konden meten die de draden op elk roosterpunt samentrekt. De ladingen veranderden afhankelijk van hoe dicht de garens bij elkaar waren, die betrekking had op hoeveel druk werd uitgeoefend door de drager. Ze verbonden garens, isoleerde ze, legde ze op een textielweefsel, en verbond ze met een klein elektronisch apparaat om de gegevens vast te leggen. Ze hadden ook een kleine radio om de metingen draadloos te volgen.

"We hebben de textielvezels aangesloten op een elektrisch circuit dat iets groter is dan een kwart, en dat kan wel 10 bij 10 vezels scannen, " zei de co-corresponderende auteur van de studie Alper Bozkurt, hoogleraar elektrotechniek bij NC State. "Dat geeft ons 100 meetpunten. Alles is verbonden met een kleine microcomputer, die een radio heeft voor het draadloos volgen van gegevens."

Terwijl onderzoekers een garen gebruikten dat in de handel verkrijgbaar was voor het onderzoek, ze werken ook aan de ontwikkeling van hun eigen textielvezel om meer te detecteren dan alleen drukveranderingen in de koker van het prothetische ledemaat van een geamputeerde.

De volgende stap in het project is om de sensoren rechtstreeks in prothesekokers te integreren, of in een draagbaar item. Ze zouden ook de potentiële klinische waarde van de sensor in een grotere studie moeten bestuderen.

"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, ' zei Huang.

"The study, "Textile-based Pressure Sensors for Monitoring Prosthetic-Socket Interfaces, " werd online gepubliceerd in IEEE Sensors Journal on Jan. 21.