柔性石墨烯电极片的便携式远程心电监护平台设(2)

在系统进行测试过程中，我们发现传统心电设备一次性Ag/AgCl电极片长期佩戴会对测试者身体黏贴部位产生不同程度腐蚀。在用户需长期监测使用情况下，一次性电极片总成本较高，废弃后对环境也有污染[12]。养老机构的老人本身属于特殊照护群体，容易因传统电极片的上述问题产生抵触情绪，从而影响检测效果。针对此情况，本文充分利用石墨烯优良的导电性、柔韧性和无腐蚀性特点，设计制作了柔性石墨烯织物心电电极片，如图3所示。

(a)(b)

柔性石墨烯织物电极采用石墨原材料，利用氧化还原制备石墨烯并通过真空抽滤法将石墨烯附着到柔性聚酯纤维(织物)基底上。材料柔软对皮肤无刺激感，生物兼容性好，便于用户长期穿戴，可反复多次清洗，克服了传统Ag/AgCl电极的生物毒性。

通过与传统的Ag/AgCl 电极片进行心电信号采集对比实验，石墨烯柔性织物电极对于心电信号有较高的灵敏度，实测波形与传统电极片所测基本一致，完全能够满足用于心电信号检测，如图4所示。

考虑到老人佩戴舒适性和数据采集的稳定性，本系统将基于石墨烯电极片的心电检测终端制作于紧身背心，进一步提高电极与人体贴合度，确保老人活动状态下采集心电。

4 系统软件设计

4.1 系统软件功能

整个心电检测系统从软件功能上可以分为终端心电信号采集存储、蓝牙通信、云端数据分析处理和用户数据查询四部分，如图5所示。

上述的心电数据存储和蓝牙通信主要通过系统配置的平板电脑实现。平板电脑作为心电数据发送至云端服务器的中继设备，内置了自主开发的APP。通过调研养老机构实际使用场景，每个房间最多居住3位老人，因此系统配置在每个房间的平板电脑可支持3个老人的心电数据采集。谁检测，就相应地点选对应的头像，一键式即可完成心电数据采集和上传，如图6所示。

图6 平板APP界面

4.2 微处理器流程图

终端采集设备上电运行后，系统首先检测判断设备所处工作模式、SD卡是否有数据以及蓝牙开启状态，自动建立网络连接后按照先发尾后发头的方式进行心电数据的无线传输。若检测SD卡遗留有上次采集周期存储的数据未及时上传，系统将按照先进先出方式完成SD卡数据续传。微处理器工作详细流程图如图7所示。

4.3 云端服务平台设计

为方便随时接收各地实时上传的心电检测数据，满足用户第一时间查询检测结果进而实现连续跟踪心脏健康状况的需求，本系统设计实现了云端服务平台。

云端服务平台基于Java开发，满足了系统跨平台需求。同时考虑到心电连续检测存储数据量较大的特点，系统数据库选用oracle，oracle强大的数据管理功能也为日后平台的功能及数据的扩展坚实了基础[13-15]。针对目前人们生活习惯和日益普及的智能移动终端，平台在配备了健康查询门户网站的同时，还设计了基于安卓系统的APP，用户通过智能移动终端或PC端就可便捷的查询历次心电检测结果。

5 系统实现

本系统已成功搭建并试用于签约养老机构，系统采集的心电数据经省级三甲医院心内科主任医生鉴定，数据准确稳定，能够满足临床分析需要；系统开发的用户查询页面(PC端和移动手机端)界面友好，功能设计合理，符合人们日常使用习惯，满足便捷查询的需求；通过大量测试，系统在稳定性、实时性和便携性方面能够满足养老机构日常照护检测需求。系统实测如图8～10所示。

图8 穿戴式采集终端

图9 用户查询界面

图10 手机客户端页面

6 结 语

本系统围绕微型化低功耗的AD8232芯片进行心电检测开发设计，针对养老机构健康检测功能需求，利用石墨烯优良的导电性、柔韧性和无毒性设计实现了基于石墨烯的柔性电极，将其应用于穿戴式紧身衣，搭建了基于云端的健康服务平台，实现了心电信号实时采集上传、显示、查询等功能。通过大量养老机构的实测，经专业医护人员查看分析，本系统硬件终端所采集的心电数据真实准确，稳定性较好，设备抗运动干扰能力强，能够满足养老机构日常心电监护用途，具有一定的社会推广价值。

参考文献(References)：

[1] 张瑞祥.心脑血管病发病率上升的警示[J]. 中国中医药图书情报杂志,2014,38(1):30-31.

[2] 刘满晋.抗干扰的便携式心电监测仪的研究[D].北京：北京理工大学,2015.

文章来源：《临床心电学杂志》 网址: http://www.lcxdxzz.cn/qikandaodu/2021/0312/535.html