Measurement unit for transepidermal water loss of human skin

Abstract

Die Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Ansteuerung eines Sensors, der den transepidermalen Wasserverlust der Haut misst. Der Begriff transepidermaler Wasserverlust der Haut (engl. Transepidermal Water Loss, kurz TEWL) kommt aus der Dermatologie und erlaubt Aussagen über den Zustand des Hautschutzmantels. Durch die Messung des TEWL Wertes ist es möglich, Hautkrankheiten schon im frühen Stadium zu diagnostizieren und Gegenmaßnahmen zu setzen. Der TEWL Sensor wurde an der TU Wien am Institut für Sensor und Aktuator Systeme entwickelt. Es wurde eine komplett neue Technik zur TEWL Messung verwendet die es möglich macht, auch geringste Mengen verdunsteten Wassers (bis zu 10 -7 Gramm) zu messen. Die Sensordaten wurden bis jetzt im Labor mittels einer RLC Messbrücke und eines Feuchtigkeitsmessgerätes ausgewertet. In weiterer Folge ist die Anwendung und Testung des Sensors in Spitälern und Arztpraxen wünschenswert.<br />Aufgabe der Diplomarbeit ist es, ein miniaturisiertes Gerät zu entwickeln, mit dem TEWL Messungen in Spitälern, Arztpraxen etc. möglich sind. Die größte Hürde innerhalb dieser Diplomarbeit bestand darin, eine RLC Messbrücke ins TEWL Messgerät zu integrieren. Durch Messung des Realteils der Sensoradmittanz kann auf den TEWL Wert zurückgeschlossen werden. Die integrierte RLC Messbrücke muss folgende Spezifikationen erfüllen: Sie muss einen Messbereich der Sensoradmittanz von 10 -7 S < Y TEWL < 10 -2 S messen können. Am Sensor darf keine Gleichspannung anliegen und die Frequenz der Wechselspannung soll einstellbar sein. Die Amplitude der Wechselspannung darf maximal 100 mV betragen. Die RLC Messbrücke wurde auf einer Platine untergebracht und wird mit dem Sensor via BNC Kabel verbunden.<br />Die Messung der Raumfeuchtige und die Auswertung der Daten mittels Mikrocontroller sind auf einer zweiten Platine untergebracht. Ein- und Ausgabeperipherie sowie beide Platinen sind in einem Gehäuse eingebaut. Versorgt wird das TEWL Messgerät mit vier AA 2700mAh Akkumulatoren, die für eine Betriebszeit von ca. 16 bis 24 Stunden sorgen. Eine weitere Funktion des TEWL Messgerätes ist die Definition und Speicherung von Messreihen. Messreihen können definiert, gemessen und auf den PC überspielt werden. Die Daten werden in CSV Dateien ausgegeben und können z.B. mit Microsoft Excel betrachtet werden. Über die PC Software können auch bestimmte Parameter wie Kalibrationstabellen, Messfrequenz etc. im Messgerät verändert werden.<br />

The task of the diploma thesis is to create a measurement unit that actuates a sensor which is capable of measuring the transepidermal water loss (TEWL) of human skin. Transepidermal water loss is a unit that characterizes the human skin condition and is used in the dermatological sector. By knowing the value of the transepidermal water loss it is possible to make diagnostics about skin diseases in an early phase of the illness. By using a completely new technique, the sensor is capable of measuring small amounts of water that passes through the epidermal layer. TEWL is calculated by knowing the real part of the sensor admittance and the relative room humidity.<br />Before this diploma thesis, an expensive lab equipment was used to measure the TEWL value.<br />The lab setup included an RLC meter, a humidity meter and a PC. By miniaturization of the lab equipment, a clinical use of the sensor would be possible.<br />The aim of this diploma thesis is to replace the laboratory equipment by a miniaturized device. The most important part of the work was to measure the real part of the sensor admittance. Voltage and frequency limitations and a wide measurement range made it difficult to be done. A design of an RLC meter that is capable of measuring the real part of the sensor admittance from 5*10 -8 S to 10 -2 S with a low voltage amplitude of 100mV, no DC voltage at the sensor and an adjustable measurement frequency up to 100 kHz was developed. The whole RLC meter is constructed on one board and replaces the expensive RLC meter in the laboratory setup. The humidity meter and a microcontroller for the measurement data evaluation were placed on a second board. A keypad, a display and the both boards are put in the TEWL meter case. The whole unit replaces the complete lab equipment that was needed before. Additionally, the measurement unit can be connected with a PC via USB and measurement data can be exchanged. From the PC it is possible to change configuration data like the measurement frequency or parameter of the calibration curves. An operating time from 16 to 24 hours can be expected using four 2500 mAh AA accumulators.