Wearable e-Textile with Printed Strain Sensors for Respiration Rate Monitoring: Study of Sensor Position and Orientation

Abstract

O monitoramento da respiração desempenha um papel crucial na área da saúde, noentanto, muitas vezes é negligenciado ou monitorado de forma inadequada. Esta pesquisatem como objetivo melhorar o monitoramento da respiração com sensores de tensão impressosem tecidos, visando um dispositivo portátil preciso e conveniente ao identificar as melhoresposições dos sensores no corpo, aprimorando a confiabilidade do monitoramento respiratórioPara isso, sensores pressão com várias geometrias foram impressos usando uma tinta àbase de prata altamente condutiva e elástica sobre uma faixa de tecido de licra que podeser usada ao redor do torso. Testes em três indivíduos foram realizados para determinara posição ideal, as formas e a orientação dos sensores de pressão que podem capturar comprecisão o comportamento dinâmico dos dados de respiração, minimizando artefactos demovimento e ruído.Os resultados obtidos mostram que o sensor linear com orientação vertical demonstrou amaior versatilidade, com um erro inferior a 1 Respiração por Minuto (RPM) em 50% dos casose 75% considerando um erro inferior a 2 RPM. O sensor circular apresentou desempenhocomparável, enquanto o sensor linear com orientação horizontal exibiu resultados menosconsistentes. Ao identificar as posições ideais dos sensores, esta pesquisa contribui para oavanço da tecnologia de monitoramento vestível e dinâmico da respiração, permitindo queos profissionais de saúde obtenham dados respiratórios mais precisos e abrangentes.Além de abordar os aspetos técnicos do monitoramento da respiração, este trabalhotambém enfatiza a importância da medição adequada dos sinais vitais em ambientes desaúde. Em uma perspetiva mais ampla, este trabalho de pesquisa também tem como objetivomelhorar o atendimento ao paciente e promover o bem-estar por meio de dispositivos vestíveissimples e de baixo custo.

Respiration monitoring plays a crucial role in healthcare, yet it is often overlooked orinadequately monitored. This research aims to enhance the reliability of dynamic respirationmonitoring through the utilization of textile based printed strain sensors. The primaryobjective is to develop a wearable device that enables accurate and convenient measurementof respiration by identifying optimal sensor positions on the body.For this, strain gauges with various geometries were printed using a stretchable highlyconductive silver-based ink over a lycra-mesh textile belt that could be worn around thetorso. Tests in three subjects were performed to determine the ideal position, shapes andorientation of strain gauges that can accurately capture the dynamic behavior of respirationdata with minimal movement artifacts and noise.The obtained results show that linear sensor with vertical orientation demonstrated thehighest versatility, with an error under 1 Respiration per Minute (RPM) in 50% of cases and75% when considering an error under 2 RPM. The circular sensor displayed comparable per-formance, while the linear sensor with horizontal orientation exhibited the least consistentresults. By identifying the optimal sensor positions, this research contributes to the ad-vancement of wearable and dynamic respiration monitoring technology, enabling healthcareprofessionals to obtain more accurate and comprehensive respiratory data.Apart from addressing the technical aspects of respiration monitoring, this work alsoemphasizes the importance of proper vital signals measurement in healthcare settings. Ina broader perspective, this research work also aims to improved patient care and enhancedwell-being through simple low cost wearables