Onderzoekers identificeren de optimale plaatsing van armbandelektroden

Onderzoekers identificeren optimale plaatsing van armbandelektroden

Onderzoekers hebben een stap voorwaarts gezet in de ontwikkeling van een nieuwe armband die de elektrische activiteit van het hart kan volgen zonder het gebruik van dikke draden of gels die aan de huid kleven.

Concreet bepaalden de onderzoekers de ideale plaatsing van de drie elektroden in het armbandontwerp en hoe strak het ontwerp zou moeten zijn om elektrische signalen van het hart het best te detecteren.

De ontdekking is de laatste in een multi-institutionele poging om een ​​armband te ontwikkelen die elektrocardiogram- of ECG-waarden meet die kunnen worden gebruikt om de hartslag te volgen via ECG-afleidingsdraden. De onderzoekers stelden zich uiteindelijk een apparaat voor dat de hele dag door een armmanchet kon dragen. Energie van lichaamswarmte of lichaamsbeweging zal het apparaat van stroom voorzien.

"Deze studie is de eerste stap in het identificeren van alle samenstellende delen van de armband om deze te realiseren", zegt hoofdauteur Braden M. Li, een doctoraatsstudent aan de Wilson School of Textiles van NC State. "We identificeerden de ideale elektrodelocaties om het hartsignaal te verzamelen en ontdekten het effect van armbanddruk op de ECG-kwaliteit."

De onderzoekers bestudeerden de plaatsing van de elektroden op verschillende locaties op de linkerbovenarm van de vrijwilligers om de optimale plaatsing van de drie elektroden te bepalen die worden gebruikt om de elektrische activiteit van het hart te volgen. Ze bepaalden de beste plaatsing van elektroden uit 50 verschillende combinaties.

De elektroden zijn vaak "nat" of worden gebruikt met een gelsubstantie in ECG-apparaten, dus onderzoekers ontwerpen een apparaat dat droge elektroden gebruikt, die het potentieel hebben om deel uit te maken van een draagbaar apparaat dat gedurende langere tijd kan worden gebruikt. Ze maten ook de druk en hartsignalen op drie verschillende maten polsbandjes om te zien hoe strak ze werden gedragen.

"Als er niet genoeg druk op de polsband staat, kunnen we niet dezelfde kwaliteit aan gegevens krijgen als we nodig hebben", zegt hoofdauteur Jesse S. Jur, hoogleraar textieltechnologie, scheikunde en wetenschap.

Om de armband te prototypen, drukten de onderzoekers elektroden op een plastic film met behulp van een zeefdrukmethode die is ontdekt in het laboratorium van Jur. Vervolgens verwarmden en drukten ze de elektroden op polyester- en spandexstoffen.

"Zeefdruk is een heel traditioneel proces voor textielproductie", zegt M.Li. "We hopen een manier te vinden die gemakkelijk kan worden vertaald in een textielproductieproces."

Het werk maakt deel uit van een multi-institutionele onderzoeksinspanning die wordt gefinancierd door de National Science Foundation en wordt uitgevoerd door het Advanced Self-Powered Systems Center for Integrated Sensors and Technologies (ASSIST) op basis van technisch onderzoek. Onderzoekers in het centrum werken aan de ontwikkeling van draagbare apparaten die kunnen worden aangedreven door de eigen thermische of mechanische energie van het lichaam. Voor de armbanden kijken ze hoe ze het beste hartsignaal kunnen krijgen met de minste hoeveelheid energie.

De onderzoekers ontwierpen de armband met drie elektroden in plaats van twaalf, zodat de drager hem van stroom kon voorzien. Terwijl ze het aantal draden vergroten, die de elektrische signalen van het hart nauwkeuriger opvangen, werken ze aan een ontwerp dat iedereen van elke grootte gemakkelijk kan dragen.

"Een deel van het doel van het ASSIST-centrum is het ontwerpen van zelfaangedreven draagbare elektronica", zei Jur. "We hebben het vermogen dat nodig is voor sensorsystemen, gegevensverwerking en communicatie in evenwicht gebracht om te passen bij de energie die u waarschijnlijk van uw lichaam krijgt."

Het onderzoek is gepubliceerd in het IEEE Sensors Journal. De National Science Foundation financierde dit werk.