Forskere identificerer optimal placering af armbåndselektroder

Forskere identificerer optimal placering af armbåndselektroder

Forskere har taget et skridt fremad med at udvikle et nyt armbånd, der kan spore hjertets elektriske aktivitet uden brug af omfangsrige ledninger eller geler, der klæber til huden.

Specifikt bestemte forskerne den ideelle placering af de tre elektroder i armbåndsdesignet, og hvor stramt designet skulle være for bedst at kunne detektere elektriske signaler fra hjertet.

Opdagelsen er den seneste i en multi-institutionel indsats for at udvikle et armbånd, der måler elektrokardiogram, eller EKG, værdier, der kan bruges til at spore hjertefrekvens gennem EKG-ledninger. Forskerne forestillede sig til sidst en enhed, der kunne bære en armmanchet hele dagen. Energi fra kropsvarme eller træning vil drive enheden.

"Denne undersøgelse er det første skridt i at identificere alle komponentdele af armbåndet for at gøre det til en realitet," sagde hovedforfatter Braden M. Li, en doktorand ved NC State's Wilson School of Textiles. "Vi identificerede de ideelle elektrodeplaceringer til at indsamle hjertesignalet og fandt effekten af ​​armbåndstrykket på EKG-kvaliteten."

Forskerne undersøgte elektrodeplacering forskellige steder på de frivilliges venstre overarm for at bestemme den optimale placering af de tre elektroder, der bruges til at spore hjertets elektriske aktivitet. De bestemte den bedste placering af elektroder ud fra 50 forskellige kombinationer.

Elektroderne er ofte "våde" eller bruges sammen med et gelstof i EKG-enheder, så forskere designer en enhed, der bruger tørre elektroder, som har potentialet til at være en del af en bærbar enhed, der kan bruges i længere perioder. De målte også tryk og hjertesignaler på tre forskellige størrelser armbånd for at se, hvor stramt de blev båret.

"Hvis der ikke er nok pres på armbåndet, så vil vi ikke være i stand til at få den samme kvalitet af data, som vi har brug for," sagde hovedforfatter Jesse S. Jur, professor i tekstilteknik, kemi og naturvidenskab.

For at prototypere armbåndet printede forskerne elektroder på en plastikfilm ved hjælp af en serigrafimetode, som er blevet opdaget i Jurs laboratorium. De opvarmede og pressede derefter elektroderne på polyester- og spandex-stoffer.

"Skærmtryk er en meget traditionel proces til tekstilfremstilling," sagde M.Li. "Vi håber at finde en måde, der let kan oversættes til en tekstilfremstillingsproces."

Arbejdet er en del af en multi-institutionel forskningsindsats finansieret af National Science Foundation og udført af Advanced Self-Powered Systems Center for Integrated Sensors and Technologies (ASSIST) baseret på ingeniørforskning. Forskere ved centret arbejder på at udvikle bærbare enheder, der kan drives af kroppens egen termiske eller mekaniske energi. For armbåndene ser de på, hvordan man får det bedste hjertesignal med den mindste mængde energi.

Forskerne designede armbåndet med tre elektroder i stedet for 12, så bæreren kunne drive det. Mens de øger antallet af ledninger, som fanger hjertets elektriske signaler mere præcist, arbejder de på et design, som alle af enhver størrelse nemt kan bære.

"En del af målet med ASSIST-centret er at designe selvdrevet bærbar elektronik," sagde Jur. "Vi har afbalanceret den kraft, der kræves til sensorsystemer, databehandling og kommunikation for at matche den energi, du sandsynligvis vil få fra din krop."

Forskningen blev offentliggjort i IEEE Sensors Journal. National Science Foundation finansierede dette arbejde.