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Publicação
Development of a Flexible Sensor Through Additive Manufacturing for monitoring the progression of Parkinson’s Disease
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 1.32 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
According to the World Health Organization, Parkinson’s Disease (PD) affects a significant
portion of the population (about 10 million, nowadays) and is expected to rise in prevalence
over the years. Bradykinesia (slowness of movements) and tremor are the first indicators
of the disease, and assessing these symptoms is crucial to understanding both Parkinson’s
Disease progression and the effectiveness of the treatment. However, nowadays, this
assessment is made based on subjective criteria, such as the Unified PD Rating Scale,
which rates these symptoms from 0 (no symptoms) to 4 (severe symptoms). This can lead
to misinterpretations, causing inaccurate conclusions, resulting in the progression of the
disease due to mistreatment. In this scope, a pressure sensor by additive manufacturing
is developed for an objective assessment of PD symptoms and progression. The sensor is
based on the triboelectric and piezoelectric effects to detect and measure finger movements
(such as frequency and force) without requiring an external power source. The first step of
the research included the design of the sensor, during which various active layer patterns
were tested, and it was observed that smoother designs resulted in a higher output. This
process was followed by the optimization of the prototypes’ 3D-printing parameters,
as well as the synthesis conditions of zinc oxide (ZnO) in the sensors’ active layer to
increase their sensitivity by coupling the tribo and piezoelectric effects. Subsequently, the
performance of the sensors was analyzed under varying impact forces (30 to 60 N) at 2 Hz.
ZnO was synthesized through a thermal bath at 60 ºC and its presence proved to double
the output voltage generated upon an impact. The optimized process was used to develop
two final prototypes: one designed for finger-tapping (FT) testing and the other for tremor
detection, two widely used tests for PD monitoring. The final prototype exhibited the
ability to accurately assess the FT test and detect tremor, suggesting that this device can be
a promising, cost-effective and easily tailorable alternative to current assessment methods
for tracking PD progression.
Segundo a Organização Mundial de Saúde, a Doença de Parkinson afecta uma parte signi- ficativa da população (cerca de 10 milhões, actualmente) e prevê-se que a sua prevalência aumente ao longo dos anos. A bradicinesia (lentidão de movimentos) e o tremor são os primeiros indicadores da doença, sendo que a avaliação destes sintomas é crucial para compreender a progressão da doença e a eficácia do tratamento. No entanto, hoje em dia, esta avaliação é feita com base em critérios subjetivos, como a Escala Unificada de Avaliação da Doença Parkinson, que classifica os sintomas de 0 (ausência de sintomas) a 4 (sintomas graves). Este método de avaliação pode levar a interpretações erradas, re- sultando em conclusões imprecisas, que podem causar a progressão da doença devido à implementação de tratamentos inadequados. Esta dissertação visa desenvolver um sensor de pressão através de fabrico aditivo para uma avaliação objetiva dos sintomas e progres- são da doença. O sensor baseia-se nos efeitos triboelétrico e piezoelétrico para detetar e medir movimentos dos dedos (como a frequência e a força), não sendo necessária a utilização de uma fonte de energia externa. A primeira etapa do desenvolvimento incluiu o design do sensor, durante o qual foram testados vários padrões de camadas ativas, e observou-se que designs mais suaves resultam numa maior tensão gerada. Este processo foi seguido pela otimização dos parâmetros de impressão 3D dos protótipos, bem como das condições de síntese do óxido de zinco (Zno) na camada ativa dos sensores, no sen- tido de aumentar a sua sensibilidade através do acoplamento dos efeitos triboelétrico e piezoelétrico. Posteriormente, foi analisado o desempenho dos sensores sob várias forças de impacto (30 a 60 N) e com uma frequência de 2 Hz. O ZnO foi sintetizado através de um banho térmico a 60 ºC e a sua presença resultou numa tensão de saída gerada aquando do impacto duas vezes superior. O processo otimizado foi utilizado para desenvolver dois protótipos finais: um deles concebido para o teste de batidas do dedo e outro para deteção de tremores, dois testes amplamente utilizados na monitorização de doença. O protótipo final exibiu a capacidade de avaliar com precisão o teste de batidas do dedo e detetar o tremor, sugerindo que este dispositivo pode ser uma alternativa promissora, económica e facilmente adaptável aos métodos de avaliação atuais para monitorizar a progressão da Doença de Parkinson.
Segundo a Organização Mundial de Saúde, a Doença de Parkinson afecta uma parte signi- ficativa da população (cerca de 10 milhões, actualmente) e prevê-se que a sua prevalência aumente ao longo dos anos. A bradicinesia (lentidão de movimentos) e o tremor são os primeiros indicadores da doença, sendo que a avaliação destes sintomas é crucial para compreender a progressão da doença e a eficácia do tratamento. No entanto, hoje em dia, esta avaliação é feita com base em critérios subjetivos, como a Escala Unificada de Avaliação da Doença Parkinson, que classifica os sintomas de 0 (ausência de sintomas) a 4 (sintomas graves). Este método de avaliação pode levar a interpretações erradas, re- sultando em conclusões imprecisas, que podem causar a progressão da doença devido à implementação de tratamentos inadequados. Esta dissertação visa desenvolver um sensor de pressão através de fabrico aditivo para uma avaliação objetiva dos sintomas e progres- são da doença. O sensor baseia-se nos efeitos triboelétrico e piezoelétrico para detetar e medir movimentos dos dedos (como a frequência e a força), não sendo necessária a utilização de uma fonte de energia externa. A primeira etapa do desenvolvimento incluiu o design do sensor, durante o qual foram testados vários padrões de camadas ativas, e observou-se que designs mais suaves resultam numa maior tensão gerada. Este processo foi seguido pela otimização dos parâmetros de impressão 3D dos protótipos, bem como das condições de síntese do óxido de zinco (Zno) na camada ativa dos sensores, no sen- tido de aumentar a sua sensibilidade através do acoplamento dos efeitos triboelétrico e piezoelétrico. Posteriormente, foi analisado o desempenho dos sensores sob várias forças de impacto (30 a 60 N) e com uma frequência de 2 Hz. O ZnO foi sintetizado através de um banho térmico a 60 ºC e a sua presença resultou numa tensão de saída gerada aquando do impacto duas vezes superior. O processo otimizado foi utilizado para desenvolver dois protótipos finais: um deles concebido para o teste de batidas do dedo e outro para deteção de tremores, dois testes amplamente utilizados na monitorização de doença. O protótipo final exibiu a capacidade de avaliar com precisão o teste de batidas do dedo e detetar o tremor, sugerindo que este dispositivo pode ser uma alternativa promissora, económica e facilmente adaptável aos métodos de avaliação atuais para monitorizar a progressão da Doença de Parkinson.
Descrição
Palavras-chave
Parkinson’s Disease Finger Tapping Test Triboelectric Effect Piezoelectric Effect Additive Manufacturing