加拿大西蒙菲莎大学可穿戴心电监测系统研发进展

该系统由加拿大西蒙菲莎大学(SFU)机电系统工程学院研发,其核心创新在于采用可重复使用的干式3D打印电极,并将其嵌入柔软的胸带中。电极采用折叠式折纸(origami)结构设计,通过轻柔的吸力附着于皮肤,无需使用传统粘合剂。

电极表面以基于碳材料的导电墨水打印而成,替代了传统心电监测所需的电解质凝胶。该设计能有效传导心脏电信号至搭载人工智能软件的可穿戴设备,并实时预测多达十种不同类型的心律失常(即不规则心跳)。

SFU机电系统工程学院教授吴秀金(Woo Soo Kim)指出:“目前常规心电图检测依赖一次性粘性贴片和导电凝胶,这类贴片容易因凝胶干燥而脱落,监测数据也需医生人工判读。整个过程不仅耗时较长,还会产生更多医疗废弃物。”

他进一步说明:“我们开发的干电极在测量精度上与基于凝胶的传感器相当,但舒适性更高、更便于使用,且支持消毒重复使用,能显著减少资源浪费。”

此外,该设备内置的AI算法可协助医生实现更快、更准确的诊断,检测结果能以电子形式即时发送给医生进行确认。

在发表于《Biosensors and Bioelectronics》期刊、由SFU博士后研究员陈一婷(Chen Yiting)主导的研究中,吴秀金团队与温哥华总医院心脏监测科的前线护士合作,对干电极进行了实际测试。护士反馈称,与目前长期监测常用的笨重“霍尔特(Holter)监测仪”相比,干电极与胸带设计能显著提升患者在长时间监测中的舒适度与配合度。

若测试过程中电极意外脱落,用户仅需轻压折纸结构设计的电极,即可实现重新吸附密封。

据欧洲心脏节律协会统计,全球约每三人中就有一人可能罹患心律失常,而最常见的心律失常类型——心房颤动——预计到2050年全球患病人数将增长逾60%。

吴秀金教授表示,这款环保、用户友好的监测工具为个性化长期心脏监测开辟了新路径,不仅适用于日常健康管理,也可广泛应用于急诊室、住院病房、老年护理机构等高需求医疗场景。

该技术同样有助于改善农村、偏远地区居民的心血管健康管理。吴秀金强调:“诊断工具必须兼具经济性与可及性。我们期待该技术能服务于原住民及偏远社区,让需要心脏监测的居民可以自主完成检测,由AI算法对数据进行分析并提供初步评估报告,再交由医生完成最终诊断。”

目前,研究团队正致力于优化AI预诊断算法,并进一步将3D打印折纸电极的尺寸缩小至现有高度的三分之一,以期提升佩戴隐蔽性与舒适度。