Известия высших учебных заведений. Электроника home

Разработка портативной системы длительного кардиомониторирования на основе емкостных биосенсоров и эластичных межсоединений

Раздел находится в стадии актуализации

Системы длительного кардиомониторирования расширяют диагностические возможности стационарных электрокардиографов и могут отслеживать функционирование сердца в динамике продолжительное время. На сегодняшний день имеется множество вариантов реализации систем длительного кардиомониторирования, отличающихся друг от друга как конструктивно, так и по функциональным возможностям. Однако во всех применяемых системах имеется ряд недостатков, не позволяющих совмещать в себе устройство одновременно с высоким качеством показаний и удобное в эксплуатации. В работе представлена разработанная нательная система длительного кардиомониторирования, регистрирующая 12 стандартных отведений электрокардиограммы. Измерение электрических потенциалов с поверхности кожи осуществлено группой емкостных сенсоров, подключаемых эластичными шлейфами к обрабатывающему устройству, тем самым исключаются из конструкции длинные объемные провода, вызывающие дискомфорт пациента при длительном использовании. Показана возможность передачи данных электрокардиографии с помощью USB-кабеля, micro-SD-карты или беспроводного сопряжения устройства со смартфоном через Bluetooth, а также регистрации и передачи данных положения и перемещения пациента для сопоставления с электрокардиограммой с помощью встроенного МЭМС-датчика. Приведено описание конструкции и работы функциональных узлов системы. Разработанная система характеризуется низкими массогабаритными показателями, что удобно при длительном кардиомониторировании. При этом диагностические возможности для выявления различных сердечно-сосудистых заболеваний остаются.

Ключевые слова: кардиомониторирование, емкостной биосенсор, электрокардиограмма, носимая электроника, эластичная электроника, измерение электрических потенциалов
Опубликовано в разделе: Биомедицинская электроника
Библиографическая ссылка: Разработка портативной системы длительного кардиомониторирования на основе емкостных биосенсоров и эластичных межсоединений / Горлов Н. С., Вертянов Д. В., Тимошенков С. П. и др. // Изв. вузов. Электроника. 2024. Т. 29. № 2. С. 210–222. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2024-29-2-210-222. – EDN: NQVQVI.
Источник финансирования: Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Горлов Николай Сергеевич
Национальный исследовательский университет «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1)

Вертянов Денис Васильевич
Национальный исследовательский университет «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1)

Тимошенков Сергей Петрович
Национальный исследовательский университет «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1)

Погодин Владислав Романович
АО «Научно-исследовательский институт «Субмикрон» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, Георгиевский пр-т, 5. стр. 2)

Лазба Филипп Борисович
Национальный исследовательский университет «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1)

1. Пат. 220696 РФ. Носимое устройство для непрерывного кардиомониторинга / Н. С. Горлов, В. Р. Погодин, Ф. Б. Лазба; заявл. 22.03.2023; опубл. 28.09.2023, Бюл. № 28. 7 с. EDN: PBLHJO
Gorlov N. S., Pogodin V. R., Lazba F. B. Wearable device for continuous cardiac monitoring. Patent 220696 RF, publ. 28.09.2023, Bul. no. 28. 7 p. (In Russian).

2. Регистрационное удостоверение на медицинское изделие "Комплекс суточного мониторирования ЭКГ и АД "Валента" от 16.01.2023 № ФСР 2007/00260 // Валента [Электронный ресурс]. URL: http://valenta.spb.ru/download/sert/KCM_reg.pdf (дата обращения: 17.01.2024).
Certificate of registration for the medical product “Complex of daily monitoring of ECG and blood pressure ‘Valenta’ ” of Jan. 16, 2023 no. FSR 2007/00260. Valenta. (In Russian). Available at: http://valenta.spb.ru/download/sert/KCM_reg.pdf (accessed: 17.01.2024).

3. Холтер ИН-33М // МЕДИКОМ [Электронный ресурс]. URL: https://www.medicomholter.ru/holter-33m (дата обращения: 17.01.2024).
Holter IN-33M. MEDICOM. (In Russian). Available at: https://www.medicomholter.ru/holter-33m
(accessed: 17.01.2024).

4. Полный холтер "КАРДИОТЕХНИКА-04-8(M)" // Институт кардиологической техники "ИНКАРТ" [Электронный ресурс]. URL: https://www.incart.ru/production/kt-04/kt-04-8-m/(дата обращения: 17.01.2024).
Complete Holter “KARDIOTEKHNIKA-04-8(M)”. Institut kardiologicheskoy tekhniki “INKART”. (In Russian). Available at: https://www.incart.ru/production/kt-04/kt-04-8-m/ (accessed: 17.01.2024).

5. Пат. 2675752 РФ. Нательное диагностическое устройство для дистанционного непрерывного мониторинга электрокардиограммы (ЭКГ) / Е. А. Карпов, Д. Е. Карпов; заявл. 22.12.2016; опубл. 24.12.2018, Бюл. № 18. 16 с. EDN: KWOETP
Karpov E. A., Karpov D. E. Wearable diagnostic device for remote continuous monitoring of electrocardiogram (ECG). Patent 2675752 RF, publ. 24.12.2018, Bul. no. 18. 16 p. (In Russian).

6. Регистрационное удостоверение на медицинское изделие "Комплекс аппаратно-программный суточного мониторирования ЭКГ по Холтеру "HOLTERLIVE" с возможностью проведения дистанционного анализа ЭКГ" от 29.07.2019 № РЗН 2019/8693 // HOLTERLIVE [Электронный ресурс]. URL: https://holterlive.ru/wp-content/uploads/2019/08/RU-RZN-20198693-ot-29.07.2019.pdf (дата обращения: 19.01.2024).
Certificate of registration for the medical product “Hardware-software complex for 24-hour Holter ECG monitoring ‘HOLTERLIVE’ with the ability to conduct remote ECG analysis” of July 29, 2019, no. RZN 2019/8693. HOLTERLIVE. (In Russian). Available at: https://holterlive.ru/wp-content/uploads/2019/08/RU-RZN-20198693-ot-29.07.2019.pdf (accessed: 19.01.2024).

7. Пат. 176906 РФ. Устройство дистанционного непрерывного мониторинга физиологических параметров человека / А. Г. Армаганов, О. В. Дшхунян; заявл. 06.10.2017; опубл. 01.02.2018, Бюл. № 4. 8 с. EDN: BAEAHG
Armaganov A. G., Dshkhunyan O. V. Device for remote continuous monitoring of human physiological parameters. Patent 176906 RF, publ. 01.02.2018, Bul. no. 4. 8 p. (In Russian).

8. Brosteaux D., Axisa F., Gonzalez M., Vanfleteren J. Design and fabrication of elastic interconnections for stretchable electronic circuits // IEEE Electron Device Letters. 2007. Vol. 28. Iss. 7. P. 552-554. DOI: 10.1109/LED.2007.897887

9. Горлов Н. С., Вертянов Д. В., Тимошенков С. П. Эластичные основания и межсоединения в носимой биоэлектронике и перспективы их применения // Научно-практическая конференция "Интеллектуальные системы и микросистемная техника": сб. трудов. М.: МИЭТ, 2022. С. 112-118. EDN: LWHNEW
Gorlov N., Vertyanov D., Timoshenkov S. Stretchable substrates and interconnections in wearable bioelectronics and prospects for their application. Nauchno-prakticheskaya konferentsiya “Intellektual’nyye sistemy i mikrosistemnaya tekhnika”, proceedings. Moscow, MIET, 2022, pp. 112–118. (In Russian).

10. Patent 2010/086416 WO. Stretchable electronic device / J. Vanfleteren, F. Bossuyt, F. Axisa; filed 29.01.2010, publ. 05.08.2010. 61 p.

11. Patent 2020/018255 WO. Stretchable electronics and hybrid integration method for fabricating the same / Z. Yuan, J. Kang, X. Guan, P. Wei; filed 28.06.2019; publ. 23.01.2020. 37 p.

12. Patent 0358849 US. Flexible interconnects, systems, and uses thereof /j. S. Jur, M. Yokus, R. Foote et al.; filed: 06.06.2016; publ.: 08.12.2016. 59 p.

13. Patent 0243204 US. Stretchable polymer-based electronic device / M. N. Maghribi, P. A. Krulevitch, J. C. Davidson et al.; filed: 16.04.2004; publ.: 02.12.2004. 13 p.

14. Ponomarev N. A., Vertyanov D. V., Nikolaev V. M., Timoshenkov S. P. Research of the constructions of conductors on flexible carriers // 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). Moscow; St. Petersburg: IEEE, 2018. P. 1626-1630. DOI: 10.1109/EIConRus.2018.8317412 EDN: YBYZQL

15. Impact of geometry on stretchable meandered interconnect uniaxial tensile extension fatigue reliability / M. Jablonski, R. Lucchini, F. Bossuyt et al. // Microelectronics Reliability. 2014. Vol. 55. Iss. 1. P. 143-154. DOI: 10.1016/j.microrel.2014.09.009

16. Design of metal interconnects for stretchable electronic circuits / M. Gonzalez, F. Axisa, M. V. Bulcke et al. // Microelectronics Reliability. 2008. Vol. 48. Iss. 6. P. 825-832. DOI: 10.1016/j.microrel.2008.03.025 EDN: KGNOQP

17. Verplancke R., Sterken T., Axisa F., Vanfleteren J. Development of a thin-film stretchable electrical interconnection technology for biocompatible applications // 3rd Electronics System Integration Technology Conference (ESTC). Berlin: IEEE, 2010. P. 1-4. DOI: 10.1109/ESTC.2010.5642910 EDN: OCMWSL

18. Hocheng H., Chen C.-M. Design, fabrication and failure analysis of stretchable electrical routings // Sensors. 2014. Vol. 14. Iss. 7. P. 11855-11877. DOI: 10.3390/s140711855

19. Горлов Н. С., Вертянов Д. В., Тимошенков С. П. Емкостной биосенсор для измерения электрических потенциалов // Наноиндустрия. 2022. Т. 15. № S8-2 (113). С. 429-436. -. DOI: 10.22184/1993-8578.2022.15.8s.429.436 EDN: SVRFSW
Gorlov N. S., Vertyanov D. V., Timoshenkov S. P. Capacitive biosensor for measuring electrical potentials. Nanoindustriya = Nanoindustry, 2022, vol. 15, no. S8-2 (113), pp. 429–436. (In Russian). https://doi.org/10.22184/1993-8578.2022.15.8s.429.436

20. Review of noise removal techniques in ECG signals / S. Chatterjee, R. S. Thakur, R. N. Yadav et al. // IET Signal Processing. 2020. Vol. 14. Iss. 9. P. 569-590. DOI: 10.1049/iet-spr.2020.0104 EDN: AYCXCR

Сведения о публикации

Загрузок: 0

УДК: 621.317.321
Тип публикации: Научная статья
DOI: 10.24151/1561-5405-2024-29-2-210-222
Идентификатор статьи в РИНЦ: NQVQVI

Скачать: File not found (983.31 Кб) JATS XML