Gestaltung und Charakterisierung textiler Elektroden zur Überwachung von Körperfunktionen:
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Aachen
Shaker
2011
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Aufgabenstellung 5
2 Stand der Technik 10
2.1 Konventionelle Elektroden 10
2.2
Textile
Elektroden 12
2.2.1 Leitfähige Garne - Herstellung und Materialien 12
2.2.1.1 Garne mit natürlicher Leitfähigkeit 13
2.2.1.2 Herstellung von Garnen mit definiert erzeugter
Leitfähigkeit 20
2.2.2
Textile
Elektroden - Herstellung und Anwendung 28
2.2.2.1 Stricken und Wirken 31
2.2.2.2 Weben 35
2.2.2.3 Sticken 37
2.2.2.4 Oberflächenbehandlungsverfahren 39
2.2.3 Gesamtsysteme zur Körperfunktionsüberwachung 41
3 Systematische Vorgehensweise zur Gestaltung
textiler
Elektroden 51
3.1 Definitionsphase 52
3.1.1 Definition der zu überwachenden Körperfunktion 52
3.1.2 Definition der Messgröße 53
3.1.3 Erstellung eines Anforderungsprofils für die Elektroden 53
3.2 Reatisierungsphase 56
3.2.1 Material und Herstellungsverfahren 56
3.2.2 Gestaltung der
Textil struktur
57
3.3 Bewertungs- und Auswahl
phase
58
3.3.1 Charakterisierung der Elektroden 58
3.3.2 Bewertung und Auswahl 59
4 Definition von Körperfunktionen und Anforderungsprofil 60
4.1 Definition von Körperfunktionen und Messgrößen 61
4.1.1 Medizinische Grundlagen der Messverfahren 61
Inhaltsverzeichnis
4.1.1.1 Bioimpedanz-Spektroskopie 61
4.1.1.2 Elektrokardiogramm 64
4.1.1.3 Elektrookulographie 66
4.1.2 Physikalische Grundlagen der Messverfahren 68
4.1.2.1 Bioimpedanz-Spektroskopie 68
4.1.2.2 Elektrokardiogramm 74
4.1.2.3 Elektrookulographie 77
4.2 Anforderungsprofil für Garne und
textile
Elektroden 79
5 Gestaltung und Herstellung der
Textilstrukturen
82
5.1 Auswahl von Material und Herstellungsverfahren 83
5.1.1 Charakterisierung und Auswahl leitfähiger Garne 83
5.1.2 Auswahl des Herstellungsverfahrens 88
5.1.3 Herstellung und Charakterisierung
textiler
Elektroden 90
5.1.3.1 Aufbau eines Elektrodenteststandes 95
5.1.3.2 Durchführung und Auswertung der Versuche 96
5.1.4 Zusammenfassung der Ergebnisse 100
5.2 Gestaltung der
Textilstruktur
104
5.2.1 Gestaltung erster Oberflächenstrukturen zur Vorauswahl 104
5.2.1.1 Beschreibung der hergestellten
Textilstrukturen
104
5.2.1.2 Bewertung auf dem Teststand und Vergleich mit
vollflächigen Elektroden 106
5.2.2 Optimierung der Oberflächenstruktur 113
6 Charakterisierung der
Textilstrukturen
118
6.1 Elektrische Charakterisierung 119
6.1.1 Ermittlung der resistiven Impedanzanteile von Elektrode und
Kontakt 119
6.1.2 Betrachtung der kapazitiven Impedanzanteile von Elektrode und
Kontakt 126
6.2 Oberflächencharakterisierung 127
6.2.1 Aufbau einer geeigneten Prüfapparatur 129
6.2.2 Durchführung und Auswertung der Versuche 130
6.2.3 Zusammenfassung der Ergebnisse 134
7 Aufbau und Bewertung des Gesamtsystems 136
7.1
Textiles
Teilsystem 136
7 11 Anwenderanalyse und Anforderungen an das
textile Teilsystem136
7 1.2 Aufbau und Bewertung
textiler
Prototypen 138
7.1.2.1 Bioimpedanz-Spektroskopie 138
7.1.2.2 Elektrokardiogramm 149
7.2 Schnittstelle
Textil/Elektronik
151
7.2.1 Anforderungen an die Schnittstelle 151
7.2.2 Aufbau und Bewertung verschiedener Schnittstellen 154
7.2.3 Integration der Schnittstelle in das
textile
Teilsystem 163
8 Anwendungsbeispiele 165
8.1 Bioimpedanz-Spektroskopie 165
8.1.1 Motivation und Projektziel 165
8.1.2 Ergebnisse 169
8.2 Elektrokardiogramm 171
8.2.1 Motivation und Projektziel 171
8.2.2 Ergebnisse 172
8.3 Elektrookulographie 173
9 Allgemeine wirtschaftliche Bewertung 177
9.1 Volkswirtschaftliche Bedeutung 177
9.2 Produktspezifisches Marketingkonzept 182
9.2.1 Analyse der Marktsituation 182
9.2.2 Potentielle Nutzer des
Nutri
Wear-Systems
183
9.2.3 Marketingziele und Strategien 184
9.2.4 Marketingpolitik 186
10 Gegenüberstellung der 3-Stufen-Methode und Messverfahren 189
10.1 Definitionsphase 189
10.2 Realisierungsphase 190
10.3 Bewertungs-und Auswahlphase 194
Inhaltsverzeichnis
11 Zusammenfassung 197
12 Ausblick 201
13 Abkürzungsverzeichnis 202
14 Literaturverzeichnis 204
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