基于干电极的防水ECG传感器，可持续监测人体心脏健康状态
2023-11-04 10:44:16   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

这种小型心电图（ECG）传感器有望在提高舒适度的同时最大限度地减少对人体皮肤的刺激。

澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMIT）研究团队开发的ECG传感器由干电极、敷料和蓝牙模块构成

心血管疾病是全球范围内主要的致死因素之一。心电图（ECG）传感器通常被心脏病专家用来快速、准确地识别患者的心脏健康问题。这些医疗设备专门用于检测和记录心脏的电生理活动，是预警患者寻求适当医疗救助的重要工具。近年来，医疗创新的进步极大地提升了ECG传感器技术。

据麦姆斯咨询报道，近期，来自澳大利亚皇家墨尔本理工大学（Royal Melbourne Institute of Technology，RMIT）的研究团队研制出一种新型的小型防水ECG传感器，其有望在提高舒适度的同时最大限度地减少对人体皮肤的刺激。研究人员强调，相比于市售的传统心脏监测设备，这种轻便的ECG传感器具有更好的性能。相关研究成果以“Dry electrode geometry optimization for wearable ECG devices”为题发表在Applied Physics Reviews期刊上。

使用干电极制备ECG传感器

ECG传感器通常由放置在人体皮肤特定部位（最常见的是胸部）的电极组成。这种小型传感器可以识别心脏在收缩和舒张周期中产生的电脉冲信号。这些被捕捉的电脉冲信号能够以图形的形式呈现，为了解心脏的节律性和整体功能提供了重要依据。

ECG传感器被广泛应用于医疗领域，以用于诊断各种心脏疾病、监测心脏健康和评估治疗效果。此外，它们还被整合到健身追踪器和智能手表等可穿戴设备中，从而实现持续的心率监测。

根据官方发布的消息，RMIT团队的目标是改进这种ECG传感器电极的设计和制备材料，以获得更好的性能和舒适度。他们最新开发的ECG传感器仅重10克，与其它同类设备上百克的典型重量形成鲜明对比。

这种ECG传感器的独特之处在于它的无凝胶设计，这大大降低了其对人体皮肤产生刺激的风险，而皮肤刺激是湿电极的常见问题。此外，这种ECG传感器的干电极非常微小，其宽度还不到人类头发丝的十分之一。此外，该传感器对用户的心脏脉冲信号极其敏感。

“市售的可穿戴ECG设备通常非常笨重，其利用12个‘湿’电极将患者与设备相连，而RMIT团队发明的ECG传感器可以放在手掌中。该ECG传感器仅有3个轻薄的几乎看不见的‘干’电极，但其甚至可以感知到处于衰竭状态的心脏发出的最轻微的信号，而且还可以循环使用。”RMIT教授Madhu Bhaskaran说。

研究团队还进行了实验来测试该ECG传感器的效能。实验旨在评估这款3电极ECG原型与市售的12电极可穿戴ECG监测设备相比的传感能力。

结果表明，这种新型ECG传感器能够在各种条件下（包括静息和压力状态）良好地记录心脏的电生理活动。即使将其放置在人的脖子后面，这种传感器也能捕捉到ECG读数，这使其成为老年人护理行业的理想选择。

“干电极优先考虑了用户的舒适度，其可以保持长期耐用性，并减少对人体皮肤产生刺激的可能性。”该研究论文的第一作者、博士生Peter Elango说。

Peter Elango进一步解释说：“这种ECG传感器的电极还具有疏水性，这意味着它们不会受潮，因此用户可以在游泳和淋浴等水中活动中佩戴该设备，这一点与其他ECG监测设备不同。这些特性使其成为持续监测的理想选择，这也是可穿戴ECG设备的关键特性。”

RMIT团队制备的ECG传感器示意图，包括敷料、蓝牙模块和干电极在内的各层结构

这种ECG传感器可以用于预防心脏病发作

这种ECG传感器具有帮助心血管疾病患者预防心脏病发作的潜力，特别是在远程医疗保健以及门诊诊疗情境中。心脏病发作经常是在几乎没有预兆的情况下发生的。此外，如果不能进行持续监测，往往很难发现预警信号。

“近一半的心脏病发作患者直到为时已晚时才意识到发生了什么。我的梦想是使世界上不再有原本可以预防的心脏病发作。”Peter Elango说道，“RMIT团队正在探索如何将该ECG传感器商业化，与合作伙伴探讨潜在的市场机会。我们还提交了一项有关ECG传感器的国际专利（PCT）申请。”

论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0152554

延伸阅读：

《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》

《可穿戴技术及市场-2023版》