Ученые ЛЭТИ разработали микроиглы-электроды для точной ЭКГ и фитнес-мониторинга

Фото: пресс-служба ЛЭТИ

Современная медицина и системы мониторинга здоровья активно используют электрофизиологические методы: от снятия электрокардиограммы (ЭКГ) до анализа биоэлектрической активности мозга. Однако стандартные плоские кожные электроды имеют существенные ограничения. Они требуют большой площади контакта, а их показания могут искажаться из-за высокого сопротивления кожи. Это снижает точность диагностики и комфорт при длительном ношении.
Исследователи Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» имени В.И. Ульянова (Ленина) предложили альтернативу – электроды на основе микроигл длиной менее 2 мм. Такие иглы минимально инвазивно проникают через роговой слой кожи, обладающий наибольшим сопротивлением, и обеспечивают более точную передачу сигнала.

«Микроигольчатые электроды, особенно изготовленные современными методами аддитивных технологий, являются перспективной заменой традиционным решениям. Мы доказали, что они обеспечивают идентичную точность измерения импеданса, но требуют в разы меньшей площади контакта с кожей и дают более чистый сигнал, минуя барьер рогового слоя». – Младший научный сотрудник Института силовой электроники и фотоники (ИСЭФ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Степан Евгеньевич Парфенович

В рамках работы ученые изготовили и сравнили три типа электродов: традиционные плоские, из сплошных металлических микроигл и на основе металлизированных полимерных микроигл, полученных методом 3D-печати. Испытания проводили с использованием имитаторов кожного покрова и прецизионного измерителя импеданса – прибора, который в широком диапазоне частот определяет электрическое сопротивление тканей, позволяя объективно сравнить эффективность различных сенсоров.

Наилучшие характеристики продемонстрировали массивы из 25 металлизированных полимерных микроигл: их показания практически совпадали с данными стандартных плоских электродов с токосъемной площадью 144 мм², при этом суммарная площадь поверхности игл была в 3,7 раза меньше.

Разработанная технология открывает путь к созданию удобных носимых патчей для длительного мониторинга ЭКГ (в больнице и дома), компактных фитнес-трекеров нового уровня, способных комплексно оценивать состояние организма (пульс, мышечная активность, гидратация, биоимпеданс) во время тренировки.

Результаты исследований представлены в научном журнале «Медицинская техника».