Dans une étude récente publiée dans Examens de 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 les diagnostics à distance et sur le lieu de soins (PoC).
Arrière-plan
Les progrès rapides de la technologie médicale mettent en lumière les appareils portables destinés à des utilisations allant du sport aux soins aux personnes âgées et néonatales, en particulier dans un contexte de flambée des coûts des soins de santé. Les ECG, essentiels pour lutter contre les maladies cardiovasculaires – une des principales causes de mortalité à l’échelle mondiale – reposent traditionnellement sur des « électrodes humides » d’argent/chlorure d’argent (Ag/AgCl), qui peuvent irriter la peau. La préférence émergente va 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 telles que 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 ininterrompue et à distance.
À propos de l’étude
Dans une salle blanche de pointe ISO 5 classe 1000, un nouveau capteur a été fabriqué à l’aide de l’aligneur avancé sans masque Heidelberg 150 sophistiqué, crucial pour la phase de lithographie. La technique de photolithographie traditionnelle a joué un rôle central dans la fabrication des électrodes du capteur ECG à couche mince. Le déploiement de la résine photosensible AZ5214E était au cœur de cette fabrication. Cette substance spécifique, dont l’application peut être trouvée dans des ressources supplémentaires, a été soigneusement appliquée sur des films de polyimide, puis une routine de cuisson spécifique a été exécutée.
Lors de la sélection des matériaux, l’or (Au) s’est imposé comme le premier choix pour l’électrode, garantissant une transmission optimale du signal. Pour compléter cela, du chrome (Cr) a été introduit, servant de couche de liaison pour assurer l’adhérence constante 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. À des fins de protection, l’Allevyn Ag Gentle Border a été choisi. 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 problèmes cardiaques sous-jacents. Pour garantir les résultats les plus authentiques, l’environnement a été largement dépourvu de stress, introduisant uniquement des stimuli spécifiques et contrôlés. Avant de se lancer dans le test ECG, des contrôles approfondis ont été effectués sur le volontaire. Des mesures telles que le poids, la composition corporelle globale 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. L’appareil ECG sans fil Hillrom Welch Allyn®, équipé d’une configuration à 12 électrodes, a été utilisé à cette fin. Dans une autre facette technique, le composant AD8232 a été finement intégré à l’IDE Arduino 1.0.5.
Cela a été fait pour garantir qu’il complète parfaitement les électrodes ECG nouvellement développées. Tout au long de cette phase, des procédures de connectivité strictes ont été respectées, garantissant que les données collectées étaient à la fois exactes et représentatives d’une variété de conditions.
Résultats de l’étude
La présente étude a analysé les signaux ECG et a trouvé des résultats influencés par la conception des électrodes, le positionnement du corps et divers stimuli. La conception du labyrinthe hexagonal a notamment excellé, démontrant une adaptabilité supérieure et un contact constant avec la poitrine et le cou. Cette conception rivalisait avec les moniteurs ECG commerciaux et se vantait d’une conformité cutanée supérieure et d’une résistance inférieure, améliorant ainsi la capture du signal. Dans le cadre de la recherche, des électrodes de cette conception ont été fixées à l’aide d’un bandage Allevyn, sélectionné pour sa nature antimicrobienne et sa capacité à renforcer l’adhérence cutanée.
Le fonctionnement complexe du cœur a été retracé à l’aide de ces électrodes, capturant des séquences telles que la dépolarisation auriculaire et ventriculaire. Avec le capteur ECG portable à trois dérivations de cette étude, on peut évaluer les paramètres cardiaques vitaux tels que l’absence d’onde P, la variabilité de la fréquence cardiaque et les intervalles d’onde QT.
Les mesures préliminaires impliquaient une configuration filaire connectée à un AD8232 contrôlé par un Arduino Uno. Lorsqu’il est placé sur la poitrine, le capteur au design labyrinthe hexagonal a réussi à capturer des signaux de haute qualité dans diverses postures et stimuli.
Lors de l’interprétation des signaux ECG, il est essentiel d’évaluer les paramètres temporels. Par exemple, le segment des relations publiques à savoir période allant du début de l’onde P (dépolarisation auriculaire) jusqu’au début du complexe QRS (dépolarisation ventriculaire), reflétant la conduction de l’impulsion à travers le nœud auriculo-ventriculaire, sert de ligne de base pour mesurer l’amplitude de toute 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 lorsqu’elle est acquise via les électrodes labyrinthiques hexagonales, aidant au diagnostic d’anomalies cardiaques potentielles.
Dans l’étude, les chercheurs ont présenté leurs résultats concernant les paramètres d’amplitude pour les mesures ECG prises en position couchée à l’aide de diverses conceptions d’électrodes. Plus précisément, ils se sont 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 clés tels que les ondes P, Q et T présentaient également des valeurs spécifiques. De légers écarts dans les lectures étaient attendus en raison de la nature des mesures ECG ambulatoires.
À l’aide du capteur basé sur une conception à labyrinthe hexagonal, ils ont étendu leurs mesures à la région du cou. Sous divers stimuli tels que le repos, le stress physique et le stress physique et mental combiné, le capteur a réussi à collecter des signaux de haute qualité, faisant la distinction entre un état de repos et un état de stress.
De plus, lors de l’analyse des paramètres temporels des signaux ECG, ils ont découvert que divers intervalles, tels que les ondes PR, ST et QT, présentaient des lectures dans des plages standard grâce à la conception spécifique de leurs électrodes.
Une analyse comparative a été réalisée avec un moniteur ECG standard à 12 dérivations, et les réponses des régions de la poitrine et du cou correspondaient aux lectures ECG idéales. Cette comparaison a mis en évidence la corrélation étroite de certains paramètres, avec quelques écarts. Ils ont souligné que de telles réponses spécifiques aux appareils sont essentielles 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 indiqué que même s’il y avait certaines variations de mesures spécifiques à l’appareil, la corrélation globale restait cohérente, en particulier lorsque des stimuli externes étaient appliqués.
Concernant la conception, le capteur ECG développé a été positionné comme un patch de capteur ECG portable potentiel. 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 de la capacité de surveillance cardiaque continue intégrée à un module Bluetooth pour un transfert transparent de données vers une application pour smartphone.
