心电监测用织物电极的设计与研究

发布时间：2020-07-23 18:02

【摘要】：伴随着生活方式的改变,人们对身体健康的关注程度越来越高,对健康监控设备的需求越来越迫切。可以实时监测人体生理指标,便于与服装结合的心电监测装置正是健康信息化趋势的要求,而织物电极能很好地满足以上需求。目前临床广泛使用的银/氯化银湿电极优点是生产成本低,但存在长时间使用易导致皮肤过敏,随导电胶干涸,检测信号下降等缺点,此外电极需由导线引出,长期使用会给使用者带来生活上的不便和心理上的障碍,影响其日常生活。在织物电极的现有研究中,通常是采用导电材料通过机织、针织或刺绣方式制备织物电极,虽然可以检测到静态心电信号但存在信号质量不佳,织物电极阻抗偏大,柔性差等问题。此外,传统织物电极中部设有导电扣,导电扣的存在严重影响皮肤与电极接触的质量。本课题以导电镀银针织布为基布,设置无纺布层防止电极织物的脱散。相比目前研究成果,采用将导电纽扣引出的设计,避免了导电纽扣存在对皮肤电极接触面的质量影响。织物电极采集单元选用2cm、3cm、4cm三种直径圆形。经裁剪成的电极采用不同的氯化工艺处理,并通过自制模拟皮肤测试单元进行模拟皮肤与电极阻抗谱的测量,结果显示阻抗值较低能满足使用要求。本课题设计的织物电极用于监测人体心电信号,在恒温恒湿条件下,采用三电极导联方式,通过绷带固定电极,进行了心电信号测试。实验结果表明采集单元大小不同的三种织物电极均可以采集到心电信号,波形清晰,其中采集单元为直径4cm的织物电极的信号最清晰,峰值电压为0.75958mV。将三种织物电极采集的信号图像与标准银/氯化银湿电极的进行对比,可以清晰识别心电信号的主要波形。最后计算三种织物电极采集信号的信噪比,采集单元为4cm的织物电极信噪比值为38.67远高于标准银/氯化银湿电极的20.05,说明采集信号能力较高。因此,本课题设计的织物电极可以用于人体心电信号测试。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TS106;TH77
【图文】：

示意图,示意图,细胞膜,生物电

无论处于哪种状态，所有的活动都会伴有生物电的产生。生物电的变化，逡逑以反应细胞或生物体的复杂生命现象，如反映某些脏器功能状态、疾病的发生逡逑发展等。生物医学基础研宄中的生物医学测量是非常重要的一部分内容，其中逡逑物电的测量是了解生物体各器官状态，临床医学与科学研究的客观依据。逡逑细咆是产生人体各种电现象的根源。细胞膜是具有多层结构的离子选择透过逡逑的半透膜，主要由脂类与蛋白质构成，厚度一般为７－８ｎｍ。由于细胞膜对离子逡逑动转运能力不同，会造成细胞内外离子浓度的不同。这种浓度不同就会引起逡逑差产生。生物电信号产生的基本机理是离子透过极化态细胞膜所消耗的能逡逑。细胞存在多种极化状态，除极化时，极化膜某点受到物理或化学刺激，细胞逡逑各种离子的通透性发生变化，大量涌入细胞膜，膜内电位急速上升，电逡逑由正变负。复极化时，除极化达到正峰值时，逐渐回到极化状态，又称静息态。逡逑极化是通过离子通道移动离子形成的，其能量来源于ＡＴＰ水解来驱动离子逡逑电化学离子浓度梯度的，如图２－１所示。这种能量消耗机理使得细胞极化，逡逑膜内相对细胞膜外形成大约－７０ｍｖ的电势差，如图２－２所示。这种细胞内外逡逑迁移特性是细胞膜的固有属性。逡逑

极化态,势差,细胞内,心脏

信号图形称为心电图，这条曲线反映心脏兴奋的产生、传导与恢复过程中的生物逡逑电变化。逡逑心肌细胞在电激励过程中生物电的变化是心电图产生的根源。图２－３所示为逡逑心脏的解剖结构，心脏是人体的主要器官之一，其主要由心肌构成，心脏位于胸逡逑腔左部，两肺之间，桃状结构，身体左侧为左心房、左心室两部分，右侧为右心逡逑房、右心室两部分，同一侧的心房心室相通，心脏的四个腔分别连通不同的血管，逡逑心脏负责全身血液的流动，功能类似于汞［５：。逡逑６逡逑

心电图,解剖结构,复极,间期

激动过程包括极化、除极和复极。极化状态是，膜内为负电位。除极是指心肌细胞的细胞膜受变导致原来位于心肌细胞膜外侧阳离子进入细。复极是指除极后随着膜功能选择透过性的恢数量的变化，细胞膜内外膜电位恢复为外正内电信号称为心电图，如图２－４所示为正常的心形有Ｐ波、ＱＲＳ波、Ｔ波，有时在Ｔ波后，还是不变的。此外，心电图还包括ＰＲ间期、Ｑ缩的开始，代表心房的除极波，因心房电向其幅度不大，若Ｐ波缺失、倒置或形态改变可速等心脏功能异常造成的。ＱＲＳ波对应心室收波反应心室扩张的开始，代表心室的复极波，异常。ＰＲ间期代表心房兴奋到心室开始兴奋．邋２０ｓ。ＱＴ间期指ＱＲＳ波群起点到Ｔ波终点，

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