En mjuk, flexibelt sensorsystem skapat med elektriskt ledande garn kan hjälpa till att kartlägga problematiska tryckpunkter i uttaget på en amputerads proteslem, forskare från North Carolina State University rapporterar i en ny studie.

I IEEE Sensors Journal , forskare från North Carolina State University rapporterade om den lätta, mjuk textilbaserad sensorprototypplåster. Enheten har ett gitter av ledande garn och är ansluten till en liten dator. De testade systemet på en protes och i gångexperiment med två mänskliga frivilliga, att hitta systemet kan på ett tillförlitligt sätt spåra tryckförändringar i realtid.

"Vad folk vanligtvis använder för att mäta tryck inom proteser är stela sensorer, " sa studiens första författare Jordan Tabor, en doktorand vid NC State College of Textiles. "De är svåra, de är skrymmande; de kan vara tunga. Detta är inte saker som amputerade kan använda dagligen eftersom stela sensorer negativt påverkar passformen av amputerades proteser. Stela sensorer kan också orsaka obehag. Vi designade sensorer som kan integreras i textilier på ett sätt som inte orsakar ytterligare obehag för användaren, och skulle kunna bäras mer regelbundet."

I ett experiment, forskarna testade om plåstret kunde upptäcka tryckförändringar när de placerade det på en konstgjord lem, vridna i olika vinklar. Sedan använde de det för att testa tryckförändringar när en arbetsför person bar sensorplåstret när han gick med en böjd knäadapter och samtidigt flyttade sin vikt mellan benen.

I deras senaste experiment, en frivillig med ett amputerat underben bar plåstret på fodret på sin protesprotes i områden där protesprotesen vanligtvis utsätter högre tryck. De testade sensorplåstret medan volontären bytte vikt och gick på ett löpband, upptäckte att systemet var hållbart och på ett tillförlitligt sätt kunde övervaka tryckförändringar i uttaget.

"Det här tillvägagångssättet som vi tänkte på för några år sedan fungerar, och det är en lätttillverkad teknik, " sa Tushar Ghosh, studiens medförfattare. "Du kan inte lägga material bredvid huden som är obekväma och kanske inte är säkra. Så vi lägger saker som används runt oss hela tiden, och är mjuka och flexibla." Ghosh är William A. Klopmans framstående professor i textilteknik, Kemi och vetenskap i NC State's Wilson College of Textiles.

En del av forskarnas arbete var att designa sensorsystemet för att vara lätt och tillräckligt litet för mänskligt bruk. Arbetet var ett samarbete mellan forskare inom textil, elektrisk, dator- och biomedicinsk teknik vid NC State. De mänskliga experimenten utfördes av rehabiliteringstekniker under ledning av Helen Huang, Jackson Family Distinguished Professor vid UNC/NC State Joint Department of Biomedical Engineering och en senior medförfattare till artikeln.

De skapade sensorlappen genom att sy ihop garnerna på ett sådant sätt att de skapade ett elektromagnetiskt fält. När forskarna sydde garnerna till ett galler, och applicerade en liten mängd elektrisk kraft med ett litet batteri, de fann att de kunde mäta mängden elektrisk laddning som drar ihop garnerna vid varje gitterpunkt. Avgifterna ändrades beroende på hur nära garnerna var varandra, som gällde hur mycket tryck som anbringades av bäraren. De kopplade ihop garn, isolerade dem, lade dem på ett textiltyg, och kopplade dem till en liten elektronisk enhet för att fånga data. De inkluderade också en liten radio för att trådlöst spåra mätningarna.

"Vi kopplade textilfibrerna till en elektrisk krets som är lite större än en fjärdedel, och som kan skanna så många som 10 gånger 10 fibrer, " sa studiens motsvarande författare Alper Bozkurt, professor i elektroteknik vid NC State. "Det ger oss 100 mätpunkter. Allt är anslutet till en liten mikrodator, som har en radio för trådlös dataspårning."

Medan forskare använde ett garn som var kommersiellt tillgängligt för studien, de arbetar också med att utveckla sin egen textilfiber för att upptäcka mer än bara tryckförändringar i uttaget på en amputerads protesprotes.

Nästa steg i projektet är att integrera sensorerna i protesuttag direkt, eller till ett bärbart föremål. De skulle också behöva studera sensorns potentiella kliniska värde i en större studie.

"Vår bredare vision är att designa något som en strumpa, eller för att integrera sensorsystemet i protesuttaget, så när en person tar på sig sin protes, they are able to monitor what's happening in terms of pressure distribution and other measurements, " Huang said.

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