Розробка моделі електричного імпедансу контакту зі шкірою ємнісного активного електроду для вимірювання електрокардіограми у комбустіології

Автор(и)

  • Арсен Васильович Савчук Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-0454-4948

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.228735

Ключові слова:

електрокардіографія, ємнісні електроди, опікова травма, біомедичні електроди, моделювання імпедансу

Анотація

Довготривале вимірювання ЕКГ (електрокардіограми) у пацієнтів з опіками є складною задачею, оскільки накладання поверхневих контактних електродів може призводити до додаткових пошкоджень. Можливість реєстрації ЕКГ у пацієнтів з опіками за допомогою ємнісних електродів не підтверджена, а моделі контакту електроду з тілом пацієнта за використання засобів реабілітації відсутні.

В роботі модифіковано модель контакту ємнісних електродів зі шкірою та описано схемну модель контакту: шкіра – бинти (фізіологічний розчин) – плівка – активний ємнісний електрод. Оцінено вплив параметрів ємнісного електроду на амплітудно-частотні характеристики (АЧХ) контакту електроду зі шкірою і виявлено, що ємність контакту є критичною для отримання якісного сигналу ЕКГ. Розраховано параметри імпедансу бинтів, фізіологічного розчину, діелектричної плівки, та досліджено їх вплив на АЧХ. На основі модифікованої моделі проведено моделювання АЧХ контакту з урахуванням всіх розрахованих параметрів і виявлено, що отримана АЧХ контакту відповідає частотному діапазону сигналу ЕКГ. Аналіз розрахунків підтверджує можливість використання ємнісних електродів при застосуванні різних засобів для реабілітації. Виявлено, що при зміні імпедансу фізіологічного розчину від 0.1 ГОм до 1 ГОм зміни АЧХ контакту не критичні для кінцевої якості отриманого сигналу.

Всі розрахунки проведено шляхом моделювання в середовищі Qucs (ngspice SPICE).

Результати моделювання можуть бути використані в розробці нових видів ємнісних електрокардіографічних електродів. Запропонована модель може використовуватись для дослідження інших ранових покриттів, а також для моделювання фізіологічних процесів при накладанні штучної шкіри та ранових покриттів

Біографія автора

Арсен Васильович Савчук, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірант

Кафедра біомедичної інженерії

Посилання

  1. Burns (2018). World Health Organization. Available at: https://www.who.int/en/news-room/fact-sheets/detail/burns
  2. Kozynets, H. P., Sliesarenko, S. V., Sorokina, O. Yu., Klyhunenko, O. M., Tsyhankov, V. P. (2008). Opikova travma ta yii naslidky. Dnipropetrovsk, 224.
  3. Perederiy, V. H., Tkach, S. M. (2010). Osnovy vnutrishnoi medytsyny. Vol. 3. Vinnytsia, 1006.
  4. Lin, B.-S., Chou, W., Wang, H.-Y., Huang, Y.-J., Pan, J.-S. (2013). Development of Novel Non-Contact Electrodes for Mobile Electrocardiogram Monitoring System. IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine, 1, 1–8. doi: https://doi.org/10.1109/jtehm.2013.2253598
  5. Wannenburg, J., Malekian, R., Hancke, G. P. (2018). Wireless Capacitive-Based ECG Sensing for Feature Extraction and Mobile Health Monitoring. IEEE Sensors Journal, 18 (14), 6023–6032. doi: https://doi.org/10.1109/jsen.2018.2844122
  6. Sullivan, T. J., Deiss, S. R., Cauwenberghs, G. (2007). A Low-Noise, Non-Contact EEG/ECG Sensor. 2007 IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference. doi: https://doi.org/10.1109/biocas.2007.4463332
  7. Chi, Y. M., Jung, T.-P., Cauwenberghs, G. (2010). Dry-Contact and Noncontact Biopotential Electrodes: Methodological Review. IEEE Reviews in Biomedical Engineering, 3, 106–119. doi: https://doi.org/10.1109/rbme.2010.2084078
  8. Sun, Y., Yu, X. B. (2016). Capacitive Biopotential Measurement for Electrophysiological Signal Acquisition: A Review. IEEE Sensors Journal, 16 (9), 2832–2853. doi: https://doi.org/10.1109/jsen.2016.2519392
  9. Nahaichuk, V. I. (2010). Suchasni pidkhody do nadannia dopomohy khvorym z opikamy. Mystetstvo likuvannia. Suchasni preparaty ta tekhnolohiyi, 5 (71), 24–27. Available at: http://www.health-medix.com/articles/misteztvo/2010-05-27/10VINHZO.pdf
  10. Volume Resistivity (2021). Specialchem. Available at: https://omnexus.specialchem.com/polymer-properties/properties/volume-resistivity
  11. Precision Micropower, Low Noise CMOS, Rail-to-Rail Input/Output Operational Amplifiers (2008). AD8603/AD8607/AD8609. Analog Devices, Inc. Available at: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8603_8607_8609.pdf
  12. ADS111x Ultra-Small, Low-Power, I2C-Compatible, 860-SPS, 16-Bit ADCs With Internal Reference, Oscillator, and Programmable Comparator (2018). Texas Instruments. Available at: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1113.pdf?ts=1613353031876&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FADS1113
  13. Kwon, O., Jeong, J., Kim, H. B., Kwon, I. H., Park, S. Y., Kim, J. E., Choi, Y. (2018). Electrocardiogram Sampling Frequency Range Acceptable for Heart Rate Variability Analysis. Healthcare Informatics Research, 24 (3), 198. doi: https://doi.org/10.4258/hir.2018.24.3.198
  14. Karki, J. (2020). Understanding Operational Amplifier Specifications. Texas Instruments Incorporated. Available at: https://www.ti.com/lit/pdf/sloa011
  15. Tenenhaus, M., Rennekampff, H.-O. (2020). Topical agents and dressings for local burn wound care. UpToDate, Inc. Available at: https://www.uptodate.com/contents/topical-agents-and-dressings-for-local-burn-wound-care?search=Topical%20agents%20and%20dressings%20for%20local%20burn%20wound%20care&source=search_result&selectedTitle=1~150&usage_type=default&display_rank=1
  16. Kovalenko, О. M. (2010). Modern Coverage of Wound (Review). Suchasni medychni tekhnolohiyi, 4, 88–97.
  17. Douglas, H. E., Wood, F. (2017). Burns dressings. Australian Family Physician, 46 (3), 94–97.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-04-30

Як цитувати

Савчук, А. В. (2021). Розробка моделі електричного імпедансу контакту зі шкірою ємнісного активного електроду для вимірювання електрокардіограми у комбустіології. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(5 (110), 32–38. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.228735

Номер

Том 2 № 5 (110) (2021): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Арсен Васильевич Савчук

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.