You are using an outdated browser. For a faster, safer browsing experience, upgrade for free today.

Сучасні можливості телебіометричних моніторингових досліджень функціонального стану організму людини. Огляд літератури. Частина ІІ. Сенсорні системи

Сучасні можливості телебіометричних моніторингових досліджень функціонального стану організму людини. Огляд літератури. Частина ІІ. Сенсорні системи

ISSN 2223-6775 Український журнал з проблем медицини праці Том.18, №4, 2022


https://doi.org/10.33573/ujoh2022.04.339

Сучасні можливості телебіометричних моніторингових досліджень функціонального стану організму людини. Огляд літератури. Частина ІІ. Сенсорні системи

Ніколов М.О.1,2, Соловйов О.І.1, Бурковський Є.О.1,2
1Державна установа «Інститут медицини праці імені Ю. І. Кундієва Національної академії медичних наук України», м. Київ
2Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ


 Повна стаття (PDF), УКР

Вступ. Сенсорний аспект телебіометричної мультимодальної моделі (TMM sensory layer) розглядається в науковій літературі як ідентифікатор відчуттів людини, що спричиняють або виявляють вхідні або вихідні впливи під час взаємодії людини з навколишнім середовищем. Особливе значення в цьому сенсі має вивчення функціонального стану організму осіб, зайнятих у ризиконебезпечних галузях виробництва, де встановлення причинного зв’язку між впливом виробничого середовища та здоров’ям працюючих має найбільшу соціально-економічну ціну. Крім того, дослідження в цьому напрямі можуть бути актуальними для оцінки функціонального стану організму військових, рятувальників, пожежників та осіб інших професій, де є потреба в дистанційному моніторингу критичних фізіологічних показників з метою профілактики небезпечних медико-біологічних наслідків.

Мета дослідження – огляд наукової літератури щодо моніторингових сенсорних систем, таких як «розумні жилети», сенсорні системи на шоломі, системи ай-трекінга, системи на скін-конформній платформі, що можуть бути використані для дослідження фізіологічного стану організму осіб, зайнятих в ризиконебезпечних професіях.

Матеріали та методи дослідження. Інформаційний пошук виконувався в Internet пошукових системах: google.com, Scholar, PubMed, Mendeley, eLIBRARY.

Результати. Представлений огляд літератури містить такі підрозділи: «розумні жилети», характеристика телебіометричних пристроїв, в які можуть вбудовуватись датчики для реєстрації різних фізіологічних параметрів; сенсорні системи на шоломі – розглядаються можливості моніторингу в реальному часі струсу мозку та когнітивних змін; скін-конформні платформи – опис сенсорних систем, що накладаються на поверхню шкіри для вимірювання температури, складу поту, електричних характеристик тощо; системи ай-трекінга – моніторингу руху очей. Згадуються також можливості 3D-принтингу при індивідуалізації умов вимірювання.

Висновки. Встановлено, що удосконалення методик контролю функціонального стану організму осіб, зайнятих в ризиконебезпечних професіях, можливе з впровадженням у медичну практику дистанційних методів вимірювання фізіологічних даних з використанням телекомунікаційних систем, серед яких: сенсорні системи на шоломі для профілактики та оцінки ступеня струсу голови під час виконання службових обов’язків та оцінки психоемоційного стану; системи для оцінки нейрокогнітивного стану, стимуляції та контролю поведінки під час тренувань та фізіологічних тестувань – «розумні окуляри» (системи ай-трекінга); системи для контролю окремих показників, таких як вимір температури шкіри, інтенсивність та склад потовиділення – скін-конформні датчики.

Ключові слова: телебіометрія, розумні жилети, ай-трекінг, скін-конформні платформи, моніторинг

Література

  1. Ніколов М. О., Соловйов О. І., Бурковський Є. О. Сучасні можливості телебіометричних моніторингових досліджень функціонального стану організму людини. Огляд літератури. Частина I. Технології, що носяться. Український журнал з проблем медицини праці. 2022. Т. 18 (2). С. 155–166. https://doi.org/10.33573/ujoh2022.02.155.
  2. ДСТУ IEC 80000-14:2016. Величини та одиниці. Телебіометрія, що стосується фізіології людини. Частина 14 (IEC 80000-14:2008, IDT). Вид. офіц. Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2018. 58 с.
  3. NASA's Technology Transfer Program. URL: https://technology.nasa.gov/.
  4. Рымарь Е. «Умные жилеты» для работников складов. Ноябрь, 2019. URL: https://getsiz.ru/umnye-zhilety-dlya-rabotnikov-skladov.html.
  5. Elbarbary E., Zekry A. A., Elbehiery H. Artificial Intelligence Helping Visually Impaired People. Publisher: LAMBERT Academic Publishing. 2016. P. 148. URL: https://www.researchgate.net/publication/306229050_Artificial_Intelligence_Helping_Visually_Impaired_People/citations.
  6. Proetex: protective e-textiles to enhance the safety of emergency/disaster operators: current state of the projects' achievements. A. Bonfiglio, N. Carbonaro, D. Curone et al. International Conference on Latest Advances in High-Tech Textiles and Textile – Based Materials. 2009. P. 9. URL: https://www.semanticscholar.org/paper/Proetex%3A-protective-e-textiles-to-enhance-the-of-of-Bonfiglio-Carbonaro/5081568dfe09658c4a26fe350de356f88409e67c#paper-header.
  7. The ProeTEX prototype: a wearable integrated system for physiological & environmental monitoring of emergency operators. G. Magenes, D. Curone, E. L. Secco, A. Bonfiglio. URL: https://www.academia.edu/3420608/The_ProeTEX_prototype_a_wearable_integrated_system_for_physiological_and_environmental_monitoring_of_emergency_operators.
  8. Smart Protective Clothing for Law Enforcement Personnel. M. Reiffenrath, M. Hoerr, T. Gries, S. Jockenhoevel. Materials Science. Textile and Clothing Technology. 2015. Vol. 9. P. 64. https://doi.org/10.7250/mstct.2014.010.
  9. Scataglini S. A., Andreoni G., Gallant J. Review of Smart Clothing in Military. Proceedings of the 2015 Workshop on Wearable Systems and Applications – WearSys’15. 2015. P. 53–54. https://doi.org/10.1145/2753509.2753520.
  10. Real Time Physiological Status Monitoring (RT-PSM): Accomplishments, Requirements, and Research Roadmap. K. E. Friedl, M. J. Buller, W. J. Tharion et al. (Technical Note TN-16-2). Natick, MA: United States Army Research Institute of Environmental Medicine. AD A630142. URL: https://www.researchgate.net/publication/303432506_Real_Time_Physiological_Status_Monitoring_RT-PSM_Accomplishments_Requirements_and_Research_Roadmap.
  11. FlexiGuard: Modular biotelemetry system for military applications. J. Schlenker, V. Socha, P. Smrcka et al. International Conference on Military Technologies (ICMT) 2015. 2015. https://doi.org/10.1109/miltechs.2015.7153712.
  12. Wearable systems for monitoring the health condition of soldiers: Review and application. P. Kutilek, P. Volf, S. Viteckova et al. 2017 International Conference on Military Technologies (ICMT). 2017. https://doi.org/10.1109/miltechs.2017.798885.
  13. Rajsp A. A., Fister I. Systematic Literature Review of Intelligent Data Analysis Methods for Smart Sport Training. Applied Sciences. 2020. Vol. 10, No. 9. P. 3013. https://doi.org/10.3390/app10093013.
  14. Ray P. P. An IR Sensor Based Smart System to Approximate Core Body Temperature. Journal of Medical Systems. 2017. Vol. 41, No 8. P. 1–10. https://doi.org/10.1007/s10916-017-0770-z.
  15. Effects of active hyperthermia on cognitive performance. Z. M. Stubblefield, M. A. Cleary, S. E. Garvey, L. E. Eberman. Proceedings of the Fifth Annual College of Education Research Conference: Section on Allied Health Professions. [online conference proceedings]. April 2006. Miami: Florida International University. 2006. P. 25–50. URL: http://coeweb.fiu.edu/research_conference/. https://digitalcommons.fiu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1228&context=sferc.
  16. Wireless measurement of rectal temperature during exercise: Comparing an ingestible thermometric telemetric pill used as a suppository against a conventional rectal probe. J. Gosselin, J. Béliveau, M. Hamel et al. Journal of Thermal Biology. 2019. Vol. 83. P. 112–118. https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2019.05.010.
  17. Heat Strain Decision Aid (HSDA): Review of input ranges, default values, and example inputs and outputs for verification of external implementation. A. W. Potter, D. P. Looney, J. W. Hancoc et al. Usariem Technical Report T21-05. 2021. 31 p. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.15718.96324.
  18. A Novel 12-Lead ECG T-Shirt with Active Electrodes. A. Boehm, X. Yu, W. Neu et al. Electronics. 2016. Vol. 5, No 4. P. 75. https://doi.org/10.3390/electronics5040075.
  19. Smart textile for respiratory monitoring and thoraco-abdominal motion pattern evaluation. C. Massaroni, C. Venanzi, A. P. Silvatti et al. Journal of Biophotonics. 2018. Vol. 11, No. 5. P. e201700263. https://doi.org/10.1002/jbio.201700263.
  20. Smart Shirts for Monitoring Physiological Parameters: Scoping Review. H. Khundaqji, W. Hing, J. Furness, M. Climstein. JMIR mHealth and uHealth. 2020. Vol. 8, No. 5. P. e18092. https://doi.org/10.2196/18092.
  21. Pervasive embedded systems for detection of traumatic brain injury. A. M. Cheriyan, A. O. Jarvi, Z. Kalbarczyk et al. Proceedings of the 3d International ICST Conference on Pervasive Computing Technologies for Healthcare. 2009. https://doi.org/10.1109/ICME.2009.5202849.
  22. Huang C., Huang B. Y. Majid Traumatic brain injury risk assessment with smart technology. The Journal of Defense Modeling and Simulation: Applications. 2021. P. 1–9. https://doi.org/10.1177/15485129211008529.
  23. Review of wearable technologies and machine learning methodologies for systematic detection of mild traumatic brain injuries. W. Schmid, Y. Fan, T. Chi et al. Journal of Neural Engineering. 2021. Vol. 18, No. 4. P. 041006. https://doi.org/10.1088/1741-2552/ac1982.
  24. Biomarkers and Detection Platforms for Human Health and Performance Monitoring: A Review. D. Sim, M. C. Brothers, J. M. Slocik et al. Advanced Science. 2022. Vol. 9, No. 7. P. 2104426. https://doi.org/10.1002/advs.202104426.
  25. Xu C., Yang Y., Gao W. Skin-Interfaced Sensors in Digital Medicine: from Materials to Applications. Matter. 2020. Vol. 2, No. 6. P. 1414–1445. https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.03.020.
  26. A wearable chemical textendashelectrophysiological hybrid biosensing system for real-time health and fitness monitoring. S. Imani, A. J. Bandodkar, A. M. V. Mohan et al. Nature Communications. 2016. Vol. 7, No. 1. https://doi.org/10.1038/ncomms11650.
  27. Thread-based multiplexed sensor patch for real-time sweat monitoring. T. Terse-Thakoor, M. Punjiya, Z. Matharu et al. Flexible Electronics. 2020. Vol. 4, No. 1. https://doi.org/10.1038/s41528-020-00081-w.
  28. Electronic Skin Patch Market – Growth, Trends, Covid-19 Impact, And Forecasts (2022–2027). URL: https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/electronic-skin-patch-market.
  29. Electronic Skin Patches Market Research Report, By Component (Stretchable Circuits, Stretchable Conductors, Electro-active Polymers, Others), Application (Diabetes Management), and End User (Pharmacies, Online Channel, Others)-Forecast till 2027. 2021. URL: https://www.marketresearchfuture.com/reports/electronic-skin-patches-market-7568.
  30. Smart Patch for Skin Temperature: Preliminary Study to Evaluate Psychometrics and Feasibility. H. Kim, S. Kim, M. Lee et al. Sensors. 2021. Vol. 21, No. 5. P. 1855. https://doi.org/10.3390/s21051855.
  31. High sensitivity flexible paper temperature sensor and body-attachable patch for thermometers. J. Lee, Y. Choi, J. Jang et al. Sensors and Actuators A: Physical. 2020. Vol. 313. P. 112205. https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112205.
  32. A Novel Wearable Device for Continuous Temperature Monitoring & Fever Detection. N. Verma, I. Haji-Abolhassani, S. Ganesh et al. IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine. 2021. Vol. 9. P. 1–7. https://doi.org/10.1109/JTEHM.2021.3098127.
  33. Infrared Thermography in Exercise Physiology: The Dawning of Exercise Radiomics. B. Hillen, D. Pfirrmann, M. Nägele, P. Simon. Sports Medicine. 2019. Vol. 50, No. 2. P. 263–282. https://doi.org/10.1007/s40279-019-01210-w.
  34. Компьютерный структурный анализ паттернов теплового поля в тканях организма при воздействии радиочастотной умеренной гипертермии. В. Э. Орел, Н. А. Николов, В. И. Котовский и др. Электроника и связь. 2012. Т. 70, № 5. С. 15–23.
  35. Лошицький П. П., Минзяк Д. Ю. Неинвазивный метод определения сахара крови человека. Электроника и связь. 2013. № 6. С. 31–42. https://doi.org/10.20535/2312-1807.2013.18.5.142743.
  36. Ярбус А. Л. Роль движений глаз в процессе зрения. Москва : Наука, 1965. 173 c.
  37. A review of using eye-tracking technology in exploring learning from 2000 to 2012. M. Lai, M. Tsai, F. Yang et al. Educational Research Review. 2013. Vol. 10. P. 90–115. https://doi.org/10.1016/j.edurev.2013.10.001.
  38. Armstrong T., Olatunji B. O. Eye tracking of attention in the affective disorders: A meta-analytic review and synthesis. Clinical Psychology Review. 2012. Vol. 32, No. 8. P. 704–723. https://doi.org/10.1016/j.cpr.2012.09.004.
  39. Multimodal Smart Eyewear for Longitudinal Eye Movement Tracking. S. Z. Homayounfar, S. Rostaminia, A. Kiaghadi et al. Matter. 2020. Vol. 3, No. 4. P. 1275– 1293. https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.07.030.
  40. Carter B. T., Luke S. G. Best practices in eye tracking research. International Journal of Psychophysiology. 2020. Vol. 155. P. 49–62. https://doi.org/10.1016/j.ijpsycho.2020.05.010.
  41. Николаева Е. И., Сутормина Н. В. Окулография как психологический инструмент: параметры и их психологическое и психофизиологическое обеспечение. Вестник психофизиологии. 2020. № 3. С. 42–56. https://doi.org/10.34985/g9536-2433-1133-b.
  42. Соловьева В. А., Вениг С. Б., Белых Т. В. Анализ окуломоторной активности, наблюдаемой при изучении образовательного материала с экрана. Интеграция образования. 2021. Т. 25, № 1 (102). С. 91–109. https://doi.org/10.15507/1991-9468.102.025.202101.091-109.
  43. Lim J. Z., Mountstephens J., Teo J. Emotion Recognition Using Eye-Tracking: Taxonomy, Review and Current Challenges. Sensors. 2020. Vol. 20, № 8. P. 2384. https://doi.org/10.3390/s20082384.
  44. A new comprehensive eye-tracking test battery concurrently evaluating the Pupil.Labs glasses and the EyeLink 1000. B. V. Ehinger, K. Gros, I.Ibs, P. König. Peer J. 2019. Vol. 7. P. e7086. https://doi.org/10.7717/peerj.7086.
  45. Beach P., McConnel J. Beach P. Eye tracking methodology for studying teacher learning: a review of the research. International Journal of Research & Method in Education. 2018. Vol. 42, № 5. P. 485–501. https://doi.org/10.1080/1743727x.2018.1496415.
  46. Stevenson K. 3D Printed Wearable Personalized Sensors Developed. 2021. URL: https://www.fabbaloo.com/news/3d-printed-wearable-personalized-sensors-developed.
  47. Electrically conductive filament for 3D-printed circuits and sensors. S. W. Kwok, K. H. H. Goh, Z. D. Tan et al. Applied Materials Today. 2017. Vol. 9. P. 167–175. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2017.07.001.
  48. Chatterjee K., Ghosh T. K. 3D Printing of Textiles: Potential Roadmap to Printing with Fibers. Advanced Materials. 2019. Vol. 32, № 4. P. 1902086. https://doi.org/10.1002/adma.201902086.