Le capteur ECG respectueux de la peau offre un confort sans compromettre les soins cardiaques

Dans une étude récente publiée dans Avis sur la physique appliquéeLes chercheurs ont optimisé la géométrie des électrodes sèches pour un patch d’électrocardiogramme (ECG) portable afin d’améliorer ses performances et sa comparabilité avec les moniteurs ECG commerciaux pour le diagnostic à distance et au point de service (PoC).

arrière-plan

Les progrès rapides de la technologie médicale mettent en avant les appareils portables, allant du sport aux soins gériatriques et néonatals, en particulier à mesure que les coûts des soins de santé augmentent. Les ECG, essentiels au traitement des maladies cardiovasculaires – l’une des principales causes de décès dans le monde – reposent traditionnellement sur des « électrodes humides » en argent/chlorure d’argent (Ag/AgCl), qui peuvent irriter la peau. La préférence va de plus en plus aux « électrodes sèches » sans gel conducteur.

Bien que des matériaux tels que le graphène et les nanotubes de carbone (CNT) soient prometteurs pour les appareils portables, des préoccupations concernant la toxicité et la force du signal demeurent. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour optimiser les matériaux et les configurations des électrodes pour une surveillance ECG efficace et à long terme, en particulier pour une utilisation continue et à distance.

À propos de l’étude

Un nouveau capteur a été fabriqué dans une salle blanche ISO 5 classe 1000 de pointe, à l’aide de l’aligneur avancé sans masque Heidelberg 150, crucial pour la phase de lithographie. La technologie traditionnelle de photolithographie a joué un rôle crucial dans la production des électrodes du capteur ECG à couche mince. L’utilisation de la résine photosensible AZ5214E ​​​​était au cœur de cette production. Cette substance spéciale, dont l’application peut être trouvée dans d’autres sources, a été soigneusement appliquée sur des films de polyimide, puis une routine de cuisson spéciale a été réalisée.

Lors de la sélection des matériaux, l’or (Au) s’est imposé comme un matériau d’électrode garantissant une transmission optimale du signal. De plus, du chrome (Cr) a été introduit, qui agit comme une couche adhésive pour assurer une adhérence à long terme de l’or. Au cours de cette phase, une attention particulière a été accordée au processus de superposition des deux éléments.

L’objectif était clair : obtenir une épaisseur uniforme sur toute l’électrode. L’Allevyn Ag Gentle Border a été choisi pour des raisons de protection. Cela a non seulement protégé l’électrode, mais a également contribué à son efficacité globale.

L’application réelle de ce capteur a ensuite été testée auprès d’un homme de 28 ans en bonne santé et sans problème cardiaque sous-jacent. Pour garantir les résultats les plus réalistes possibles, l’environnement est resté largement exempt de stress et seuls des stimuli spécifiques et contrôlés ont été introduits. Avant de se lancer dans le test ECG, des examens approfondis du volontaire ont été effectués. Des mesures telles que le poids, la composition corporelle totale et le pourcentage de graisse ont été évaluées pour exclure toute anomalie susceptible de fausser les résultats de l’ECG.

Une comparaison a été jugée nécessaire pour valider l’efficacité et la précision de ce nouveau capteur. À cette fin, le célèbre appareil ECG sans fil Hillrom Welch Allyn® a été utilisé, équipé d’une configuration à 12 électrodes. Sur un autre aspect technique, le composant AD8232 a été soigneusement intégré dans l’IDE Arduino 1.0.5.

Cela a été fait pour garantir qu’il complète parfaitement les électrodes ECG nouvellement développées. Au cours de cette phase, des procédures de connectivité strictes ont été suivies pour garantir que les données collectées étaient à la fois exactes et représentatives d’un large éventail de conditions.

Résultats de l’étude

La présente étude a analysé les signaux ECG et a révélé que les résultats étaient influencés par la conception des électrodes, le positionnement du corps et divers stimuli. Il convient particulièrement de noter la conception du labyrinthe hexagonal, qui démontre une excellente adaptabilité et un contact constant avec la poitrine et le cou. Cette conception rivalisait avec les moniteurs ECG commerciaux et présentait une meilleure conformation cutanée et une résistance plus faible, améliorant ainsi la capture du signal. Dans le cadre de la recherche, les électrodes de cette conception ont été fixées avec un pansement Allevyn, choisi pour ses effets antimicrobiens et sa capacité à renforcer l’adhérence cutanée.

Ces électrodes étaient utilisées pour suivre les fonctions complexes du cœur et enregistrer des séquences telles que la dépolarisation auriculaire et ventriculaire. Le capteur ECG portable à trois dérivations de cette étude peut évaluer des paramètres cardiaques importants tels que l’absence d’onde P, la variabilité de la fréquence cardiaque et les intervalles d’onde QT.

Les mesures préliminaires comprenaient une configuration filaire connectée à un AD8232 contrôlé par un Arduino Uno. Lorsqu’il est placé sur la poitrine, le capteur dans une conception de labyrinthe hexagonal a réussi à capturer des signaux de haute qualité dans différentes postures et stimuli.

Lors de l’interprétation des signaux ECG, l’évaluation des paramètres temporels est essentielle. Par exemple le segment PR à savoir Pendant la période allant du début de l’onde P (dépolarisation auriculaire) jusqu’au début du complexe QRS (dépolarisation ventriculaire), la conduction de l’impulsion réfléchie à travers le nœud auriculo-ventriculaire sert de ligne de base pour mesurer l’amplitude de chaque onde.

Des plages spécifiques ont été observées pour les ondes PR, QT et ST à savoir La période entre la dépolarisation ventriculaire et la repolarisation est enregistrée via les électrodes labyrinthes hexagonales et permet de diagnostiquer d’éventuelles anomalies cardiaques.

Dans l’étude, les chercheurs ont présenté leurs résultats sur les paramètres d’amplitude pour les mesures ECG en position couchée avec différentes conceptions d’électrodes. Ils se sont particulièrement concentrés sur la conception du labyrinthe hexagonal, qui a montré que l’onde R, un paramètre d’amplitude critique, était d’environ 0,22 à 0,23 mV.

D’autres paramètres d’amplitude importants tels que les ondes P, Q et T ont également montré des valeurs spécifiques. En raison de la nature des mesures ECG ambulatoires, de légers écarts dans les valeurs mesurées étaient à prévoir.

À l’aide du capteur à labyrinthe hexagonal, ils ont étendu leurs mesures à la zone du cou. Sous divers stimuli tels que le repos, le stress physique et le stress physique et mental combiné, le capteur a réussi à capturer des signaux de haute qualité et à faire la distinction entre un état de repos et un état de stress.

De plus, en analysant les paramètres temporels des signaux ECG, ils ont constaté que différents intervalles, tels que B. les ondes PR, ST et QT avaient des lectures dans les plages standard en raison de la conception spécifique de leurs électrodes.

L’analyse comparative a été réalisée à l’aide d’un moniteur ECG standard à 12 dérivations et les réponses de la poitrine et du cou étaient conformes aux valeurs ECG idéales. Cette comparaison a mis en évidence la corrélation étroite de certains paramètres avec certains écarts. Ils ont souligné que de telles réponses spécifiques aux appareils sont cruciales pendant la phase de développement des capteurs ECG.

De plus, un moniteur ECG portable commercial à 12 dérivations, Welch Allyn®, a été utilisé à des fins de comparaison. Les observations ont montré que même s’il y avait certaines variations spécifiques aux appareils dans les mesures, la corrélation globale restait cohérente, en particulier lorsque des stimuli externes étaient appliqués.

En termes de conception, le capteur ECG développé a été positionné comme un patch de capteur ECG potentiellement portable. Il a démontré des avantages par rapport à l’appareil commercial en termes de portabilité et de poids, car l’appareil Welch Allyn était plus volumineux et plus lourd. L’étude a également mis en évidence les différences dans les matériaux d’électrode et les capacités d’acquisition de signaux entre les deux appareils.

Enfin, l’équipe a développé un prototype de capteur ECG portable sans fil compact doté d’une capacité de surveillance cardiaque continue, intégré à un module Bluetooth pour une transmission transparente des données vers une application pour smartphone.