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

Современные возможности телебиометрических мониторинговых исследований функционального состояния организма человека обзор литературы. Часть ІІ. Сенсорные системы

Современные возможности телебиометрических мониторинговых исследований функционального состояния организма человека обзор литературы. Часть ІІ. Сенсорные системы

SSN 2223-6775 Украинский журнал по проблемам медицины труда, Том.18, №4, 2022


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

Современные возможности телебиометрических мониторинговых исследований функционального состояния организма человека обзор литературы. Часть ІІ. Сенсорные системы

Николов Н.А.1,2, Соловьев А.И.1, Бурковский Е.А.1,2
1Государственное учреждение «Институт медицины труда имени Ю. И. Кундиева Национальной академии медицинских наук Украины», г. Киев
2Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», г. Киев


 Полная статья (PDF), УКР

Введение. Сенсорный аспект телебиометрической мультимодальной модели (TMM sensory layer) рассматривается в научной литературе как идентификатор ощущений человека, которые вызывают или проявляют входящие или исходящие воздействия при взаимодействии человека с окружающей средой. Особое значение в этом смысле имеет изучение функционального состояния организма лиц, занятых в рискоопасных отраслях производства, где установление причинной связи между влиянием производственной среды и состоянием здоровья работающих имеет наибольшую социально-экономическую цену. Кроме того, исследования в этом направлении могут быть актуальны для оценки функционального состояния организма военных, спасателей, пожарных и лиц других профессий, где есть потребность в дистанционном мониторинге критических физиологических показателей с целью профилактики опасных медико-биологических последствий.

Цель исследования – обзор литературы по мониторинговым сенсорным системам, таким как «умные жилеты», сенсорные системы на шлеме, ай-трекинг, системам на скин-конформной платформе, которые могут быть использованы для исследования физиологического состояния работников рискоопасных профессий.

Материалы и методы исследования. Информационный поиск производился в Internet поисковых системах: google. com, Scholar, PubMed, Mendeley, eLIBRARY.

Результаты. Представленный обзор литературы содержит подразделы: «Умные жилеты» – в которые могут встраиваться датчики для регистрации разных физиологических параметров; cенсорные системы на шлеме – где рассматриваются возможности мониторинга сотрясения мозга и когнитивных изменений в реальном времени; cкин- конформные платформы – описание очень тонких сенсорных систем, накладываемых на поверхность кожи для измерения температуры, состава пота, электрических характеристик и т. п.; системы ай-трекинга – мониторинга движения глаз. Упоминаются также возможности 3D-принтинга при индивидуализации условий измерения.

Выводы. Установлено, что усовершенствование методик контроля функционального состояния организма лиц, занятых в рискоопасных профессиях, возможно с внедрением в медицинскую практику дистанционных методов измерения физиологических данных с использованием телекоммуникационных систем, среди которых сенсорные системы на шлеме для профилактики и оценки степени сотрясения головы при выполнении служебных обязанностей и оценки психоэмоционального состояния, системы для оценки нейрокогнитивного состояния, стимуляции и контроля поведения во время тренировок и физиологических тестирований – «умные очки» (системы ай-трекинга), системы для контроля отдельных показателей, таких как измерение температуры кожи, интенсивность и состав потоотделения – скин-конформные датчики.

Ключевые слова: телебиометрия, умные жилеты, ай-трекинг, скин-конформные платформы, мониторинг

Литература

  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.