Forskare identifierar optimal placering av armbandselektroder

Forskare identifierar optimal placering av armbandselektroder

Forskare har tagit ett steg framåt i att utveckla ett nytt armband som kan spåra hjärtats elektriska aktivitet utan att använda skrymmande trådar eller geler som fastnar på huden.

Specifikt bestämde forskarna den idealiska placeringen av de tre elektroderna i armbandsdesignen, och hur tät designen skulle behöva vara för att bäst upptäcka elektriska signaler från hjärtat.

Upptäckten är den senaste i en multiinstitutionell ansträngning för att utveckla ett armband som mäter elektrokardiogram, eller EKG, värden som kan användas för att spåra hjärtfrekvensen genom EKG-ledningar. Forskarna föreställde sig så småningom en enhet som kunde bära en armmanschett under hela dagen. Energi från kroppsvärme eller träning kommer att driva enheten.

"Den här studien är det första steget i att identifiera alla beståndsdelar av armbandet för att göra det till verklighet", säger huvudförfattaren Braden M. Li, doktorand vid NC State's Wilson School of Textiles. "Vi identifierade de idealiska elektrodplatserna för att samla in hjärtsignalen och fann effekten av armbandstrycket på EKG-kvaliteten."

Forskarna studerade elektrodplacering på olika platser på volontärernas vänstra överarm för att bestämma den optimala placeringen av de tre elektroderna som används för att spåra hjärtats elektriska aktivitet. De bestämde den bästa placeringen av elektroder från 50 olika kombinationer.

Elektroderna är ofta "våta" eller används med en gelsubstans i EKG-enheter, så forskare designar en enhet som använder torra elektroder, som har potential att vara en del av en bärbar enhet som kan användas under långa perioder. De mätte också tryck och hjärtsignaler på tre olika storlekar av armband för att se hur hårt de bars.

"Om det inte finns tillräckligt med tryck på armbandet kommer vi inte att kunna få samma kvalitet på data som vi behöver", säger huvudförfattaren Jesse S. Jur, professor i textilteknik, kemi och naturvetenskap.

Som prototyp av armbandet tryckte forskarna elektroder på en plastfilm med hjälp av en screentryckmetod som har upptäckts i Jurs labb. De värmde och pressade sedan elektroderna på polyester- och spandextyger.

"Screentryck är en mycket traditionell process för textiltillverkning", säger M.Li. "Vi hoppas kunna hitta ett sätt som enkelt kan översättas till en textiltillverkningsprocess."

Arbetet är en del av en multiinstitutionell forskningssatsning finansierad av National Science Foundation och utförd av Advanced Self-Powered Systems Center for Integrated Sensors and Technologies (ASSIST) baserat på ingenjörsforskning. Forskare vid centret arbetar med att utveckla bärbara enheter som kan drivas av kroppens egen termiska eller mekaniska energi. För armbanden tittar de på hur man får den bästa hjärtsignalen med minsta möjliga energi.

Forskarna designade armbandet med tre elektroder istället för 12 så att bäraren kunde driva det. Samtidigt som de ökar antalet ledningar, som fångar hjärtats elektriska signaler mer exakt, arbetar de på en design som alla i vilken storlek som helst lätt kan bära.

"En del av målet för ASSIST-centret är att designa självdriven bärbar elektronik," sa Jur. "Vi har balanserat kraften som krävs för sensorsystem, databehandling och kommunikation för att matcha den energi du sannolikt kommer att få från din kropp."

Forskningen publicerades i IEEE Sensors Journal. National Science Foundation finansierade detta arbete.