织物电极在心电监测服装中的研究进展

随着纺织技术的发展,可穿戴电子服装越来越多,作为柔性传感器件的织物电极也备受关注.与传统湿电极相比,织物电极舒适可靠,且监测时间长.针对织物电极的工作原理,介绍了国内外心电监测用织物电极的研究进展,包括织物电极的材料、结构,以及心电信号采集时织物电极穿戴的舒适性与信号采集稳定性之间的关系,总结并展望了织物电极的发展前景...     

起绒织物心电电极的制备及其应用

Ag/AgCl凝胶电极广泛应用于可穿戴心电测量领域,但随时间推移,凝胶逐渐风干,导致其导电性能变差。针对此问题制备了可替代其作用的起绒织物心电电极。以纯涤纶起绒纱线为基底,先采用原位聚合聚苯胺,再进行化学镀银,在纱线绒毛的表面沉积银单质制得导电纱,再用导电纱手工制备起绒织物心电电极。利用扫描电子显微镜和红外光谱对纤维表面形貌和化学组成进行了表征,测试了皮肤-电极阻抗性能和心电信号及皮肤-电极阻抗随时间的变化,评价了该电极电性能的稳定性。结果表明:在纤维表面成功沉积了可还原银离子的聚苯胺薄层,且纤维表面的镀银层致密均匀;在电学性能和心电信号测试结果中,起绒织物电极的皮肤-电极阻抗在5~500 Hz频率范围内小于1MΩ·cm^2,数值为0.65MΩ·cm^2;心电信号可分辨QRS波群以及T波心电特征波,而P波显示不清;该电极与皮肤的阻抗在4 h内保持相对稳定,在一定程度上反映了该电极可应用于可穿戴心电测量设备。     

心电监测织物电极的研究进展

总结心电监测织物电极的研究进展。分别介绍了导电聚合物类和纺织材料类心电监测织物电极材料的特点和相关研究进展。根据心电监测织物电极主体部分的不同,将其进行了分类,并详细阐述了机织结构、针织结构和刺绣结构织物电极的制备方法及在心电监测中的应用情况。认为:心电监测织物电极需要解决服用舒适性问题,并建立织物电极提取心电信号的质量评价标准。     

织物心电电极优化及在不同相对湿度下的性能比较

为解决用于心电监测的纺织结构电极与皮肤接触时电阻大、心电信号干扰大的问题,采用在织物电极中加入吸湿性纱线的方法进行优化,改善电极-皮肤界面的接触环境。当环境相对湿度改变时,分别测试加入不同种类和配比的吸湿性纱线时织物电极获取的心电信号。结果表明:在高相对湿度条件下,在镀银织物电极中加入吸湿性纱线,不仅能够改善电极与皮肤的接触状态,降低电极与皮肤的接触电阻,提高信号质量,而且有利于增强服装舒适性,降低电极制作成本。     

基于石墨烯织物电极的七导联心电监测系统

针对Ag/AgCl凝胶电极不适合长期使用、单导联可穿戴心电监测设备导联数较少的现状,设计了一款基于石墨烯织物电极的七导联可穿戴心电监测系统。该系统由棉/T400高弹心电衣、石墨烯织物电极、七导联心电采集终端及手机应用程序(APP)共4部分组成。对该系统连续工作时间、连续佩戴信号质量以及多使用场景等进行了测试和分析。结果表明:石墨烯织物电极连续佩戴7 d后心电信号信噪比仍达29.8 dB;该系统以250 mA·h容量锂电池在满电情况下连续使用可长达5 d,在静息、步行、慢跑等多种运动状态测试场景中,以及静息自汗的身体状况下,依然可采集到高质量的心电信号,为心电数据智能分析和医生的精确诊断提供有效信息,在心脏疾病的连续远程监护中具有重要应用价值。     

可穿戴织物心电电极运动伪迹的产生机制与抑制方法

织物电极具有柔软、舒适、易于集成于服装、便于长期穿戴等优点,因而成为智能可穿戴的一个研究热点。织物电极用于心电信号检测时,不像传统湿电极那样直接黏贴在皮肤上,因此其运动伪迹问题较湿电极更为突出,并成为制约织物电极应用的最重要因素。基于织物电极的简化电路模型和心电电压公式,结合已有研究成果,剖析织物心电电极运动伪迹产生的具体原因,并尝试从根本上分析相应的抑制方法,为织物心电电极的设计提供参考。     

心电检测用织物电极的研究进展

心电电极的质量直接影响采集到的信号质量,目前常用的银/氯化银传统湿电极易引起皮肤不适甚至过敏反应,长时间监测会由于导电胶干涸造成信号质量的下降。开发舒适性良好并且性能可靠的织物电极成为了国内外研究重点。文章介绍了心电检测原理,并从织物电极的材料、织物类型、评价方法和应用领域等4个方面对织物电极的研究进展进行了介绍。     

方平组织导电面料的设计与心电监测

织物电极是制备长期可穿戴式心电监测设备的重要器件，织物电极的设计开发关系着电极穿戴的舒适性和信号采集的稳定性。方平组织织物浮线长，布面平整，风格独特，适合制备心电电极。基于镀银锦纶纱开发方平组织的导电面料，调控交织密度，织造了多种面电阻的织物电极，并探索其监测人体心电信号的性能，评估监测质量。研究发现，增加织物中导电纱线的交织密度可增大皮肤与电极间的接触面积，织物触感更柔软，织物与人体的阻抗更低，心电信号更清晰。织物有孔隙时更适合长期穿戴和监测人体的心电信号。     

纺织电极在心电监测服装设计中的应用及发展

介绍纺织电极的常用材料及制备方法,举例说明纺织电极在健康监测、运动监测及其他监测领域的服装设计中的应用,总结纺织电极在心电监测服装设计中存在的问题及发展趋势,指出纺织电极制备所需的材料、一体化加工工艺及后整理技术都将成为该领域发展的热点。     

灯芯绒心电织物电极的制备及性能

针对用于心电图长期监测的银/氯化银凝胶电极会刺激皮肤,且凝胶逐渐干涸会导致电极-皮肤接触阻抗增大,影响测量精度的问题,提出以灯芯绒织物为基材,经聚苯胺原位聚合,采用化学镀法在织物表面沉积导电银层制得聚苯胺/银/灯芯绒织物,并组装成织物电极。分别采用SEM、FTIR、TGA、阻抗测试仪和BIOPAC记录仪测试纤维表面形貌及化学组成、织物热稳定性、电极-皮肤接触阻抗、织物电极及凝胶电极的静息心电图。结果表明:织物表面成功沉积了聚苯胺薄膜和致密的导电银层;表面银层可提高其热稳定性;织物电极的电极-皮肤接触阻抗在5～500 Hz下小于1 000 kΩ,且其与凝胶电极的差值随着频率的增大而减小;该电极可测得与凝胶电极相似的心电信号。