CC BY
0БИОМЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА BIOMEDICAL ELECTRONICS
Научная статья УДК 621.317.321 doi:10.24151/1561-EDN: NQVQVI
i-2024-29-2-210-222
Разработка портативной системы длительного кардиомониторирования на основе емкостных биосенсоров и эластичных межсоединений
Н. С. Горлов1, Д. В. Вертянов1, С. П. Тимошенков1, В. Р. Погодин2, Ф. Б. Лазба1
1 Национальный исследовательский университет «МИЭТ»,
г. Москва, Россия
2
АО «Научно-исследовательский институт «Субмикрон», г. Москва, Россия
gorlov.nikolai.s@mail.ru
Аннотация. Системы длительного кардиомониторирования расширяют диагностические возможности стационарных электрокардиографов и могут отслеживать функционирование сердца в динамике продолжительное время. На сегодняшний день имеется множество вариантов реализации систем длительного кардиомониторирования, отличающихся друг от друга как конструктивно, так и по функциональным возможностям. Однако во всех применяемых системах имеется ряд недостатков, не позволяющих совмещать в себе устройство одновременно с высоким качеством показаний и удобное в эксплуатации. В работе представлена разработанная нательная система длительного кардиомониторирования, регистрирующая 12 стандартных отведений электрокардиограммы. Измерение электрических потенциалов с поверхности кожи осуществлено группой емкостных сенсоров, подключаемых эластичными шлейфами к обрабатывающему устройству, тем самым исключаются из конструкции длинные объемные провода, вызывающие дискомфорт пациента при длительном использовании. Показана возможность передачи данных электрокардиографии с помощью USB-кабеля, micro-SD-карты или беспроводного сопряжения устройства со смартфоном через Bluetooth, а также регистрации и передачи данных положения и перемещения пациента для сопоставления с электрокардиограммой с помощью встроенного МЭМС-датчика. Приведено описание конструкции и работы функциональных узлов системы. Разработанная система характеризуется низкими массогабаритными показателями, что удобно при длительном кардиомониторировании. При этом диагностические возможности для выявления различных сердечно-сосудистых заболеваний остаются.
© Н. С. Горлов, Д. В. Вертянов, С. П. Тимошенков, В. Р. Погодин, Ф. Б. Лазба, 2024
Ключевые слова: кардиомониторирование, емкостной биосенсор, электрокардиограмма, носимая электроника, эластичная электроника, измерение электрических потенциалов
Финансирование работы: работа выполнена при финансовой поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
Для цитирования: Разработка портативной системы длительного кардиомониторирования на основе емкостных биосенсоров и эластичных межсоединений / Горлов Н. С., Вертянов Д. В., Тимошенков С. П. и др. // Изв. вузов. Электроника. 2024. Т. 29. № 2. С. 210-222. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2024-29-2-210-222. -EDN: NQVQVI.
Original article
Development of a portable long-term cardiac monitoring system based on capacitive biosensors and stretchable interconnections
N. S. Gorlov1, D. V. Vertyanov1, S. P. Timoshenkov1, V. R. Pogodin2, F. B. Lazba1
1National Research University of Electronic Technology, Moscow, Russia
2 "Submicron Research Institute " JSC, Moscow, Russia gorlov.nikolai.s@mail.ru
Abstract. Long-term cardiac monitoring systems extend the diagnostic capabilities of stationary electrocardiographs and can monitor heart function over a protracted period. To date, there are many options for implementing long-term cardiac monitoring systems that differ from each other both structurally and functionally. However, all systems used on the market have a variety of disadvantages that do not allow combining the device with high quality readings and convenient operation at the same time. In this work, the developed wearable long-term cardiac monitoring system is presented that registers 12 standard electrocardiogram leads. Measurement of electrical potentials from the skin surface is carried out by a group of capacitive sensors connected by stretchable cables to the processing device, thereby excluding from the design long cables that cause discomfort to the patient during prolonged use. A possibility was shown to transmit ECG via USB cable, microSD card or device's wireless Bluetooth pairing to a smartphone, and to record and transmit the patient's position and movement data for comparison with the electrocardiogram using built-in MEMS sensor. The description of the design and operation of the functional units of the system is given. The developed system is characterized by low weight-size parameters that improves patient's experience during long-term cardiac monitoring, while maintaining the diagnostic capabilities to detect various cardiovascular diseases.
Keywords: cardiac monitoring, capacitive biosensor, electrocardiogram, wearable electronics, stretchable electronics, electrical potentials measurement
Funding: the work has been supported by the Foundation for Assistance to the Development of Small Innovative Enterprises in the Scientific and Technical Sphere.
For citation. Gorlov N. S., Vertyanov D. V., Timoshenkov S. P., Pogodin V. R., Lazba F. B. Development of a portable long-term cardiac monitoring system based on capacitive biosensors and stretchable interconnections. Proc. Univ. Electronics, 2024, vol. 29, no. 2, pp. 210-222. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2024-29-2-210-222. -EDN. NQVQVI.
Введение. Современная электрокардиография является основным методом исследования работы сердечно-сосудистой системы человека, основанным на фиксации и изучении биоэлектрических импульсов, возникающих во время работы сердца. Регистрация электрокардиограммы (ЭКГ) подразумевает измерение разности биоэлектрических потенциалов между различными точками на теле пациента посредством наложения медицинских электродов. Совокупность таких точек, исходя из мест установки электродов, регистрирующих импульсы с миокарда под разным углом, определяет возможность снятия показаний по стандартным, усиленным и грудным отведениям. Метод классической стационарной электрокардиографии - информативный и доступный диагностический инструмент. Однако он имеет такие недостатки, как кратковременность записи и снятие ЭКГ в состоянии покоя.
Системы длительного кардиомониторирования [1] расширяют диагностические возможности и позволяют отследить функционирование сердца в динамике, а также выявить нарушения сердечного ритма, имеющие преходящий характер, дать им качественную и количественную оценки и проконтролировать эффективность антиаритмической терапии, что невозможно достичь классическим методом регистрации ЭКГ. Такие системы позволяют анализировать работу сердца без обязательного посещения медицинских учреждений, удаленно передавая данные ЭКГ лечащему врачу.
В настоящей работе рассматривается система длительного кардиомониторирования, исключающая имеющиеся недостатки ближайших аналогов и объединяющая их преимущественные показатели.
Анализ систем длительного кардиомониторирования. На сегодняшний день на рынке представлено множество систем длительного кардиомониторирования, отличающихся друг от друга как конструктивно, так и по функциональным возможностям. Такие устройства, как комплекс суточного мониторирования ЭКГ «Валента» [2], хол-тер ИН-33М [3], холтер «Кардиотехника-04-8(М)» [4], имеют хорошие технические характеристики и поддерживают регистрацию 12 отведений ЭКГ. Однако ввиду больших массогабаритных показателей блока обработки сигналов и использования длинных объемных проводов, соединяющих блок обработки с электродами, применять их неудобно. Другие системы компактны и удобны в эксплуатации, но их показания нельзя назвать высококачественными по причине их снятия с малого количества отведений. Это не позволяет выявлять все нарушения работы сердечно-сосудистой системы, в частности достоверно распознавать возможную ишемию в различных отделах сердца и определять локализацию желудочковых аритмий. Например, разработанное нательное диагностическое устройство для дистанционного непрерывного мониторинга ЭКГ [5] является компактным, крепится непосредственно в области грудной клетки без использования длинных проводов, но при этом имеет ограниченные диагностические возможности, так как позволяет регистрировать ЭКГ всего 1 -2 стандартных отведения. Аналогичные недостатки имеют портативные системы HolterLive [6] и Vittapio Holter Кардисенс-2 [7], регистрирующие только 3 и 7 отведений ЭКГ соответственно.
Конструкция эластичных межсоединений. Важной конструктивной особенностью носимых устройств для биомедицинского применения является неплоскостность сборки, так как изделие должно следовать неровным формам в месте крепления. В рас-
сматриваемой конструкции это область грудной клетки человека. Размещение устройства должно минимально ограничивать движения пациента. Регистрация ЭКГ по стандартным, усиленным и грудным отведениям требует непрерывного электрического контакта с поверхностью кожи в разных точках грудной клетки. Предлагаемая система длительного кардиомониторирования содержит группу емкостных биосенсоров, установленных между различными нательными точками пациента соответственно тому или иному отведению и соединенных с основным вычислительным модулем через эластичные межсоединения.
При формировании эластичных межсоединений в связи с непластичной природой металлов требуется особая структура проводников [8, 9]. В случае когда соединения выполнены из твердых металлов, геометрия проводников должна быть изогнутой. В работах [10-17] описаны конструктивные и технологические принципы формирования эластичных межсоединений, а также возможные формы проводников для использования в эластичных межсоединениях. Для выбора подходящей формы проводника проведено моделирование структур, представленных на рис. 1. По результатам моделирования установлены точки с наибольшим возникающим напряжением, где повышен риск образования разрывов в металле. Исследование форм проводников и их последующая оценка проведены на основе возникающих напряжений в слое металла при одноосном растяжении проводника (рис. 2).
Рис. 1. Формы металлических проводников для моделирования: 1 - подковообразная; 2 - подковообразная с прямоугольными вставками; 3 - прямоугольный меандр;
4 - треугольная
Fig. 1. Selected shapes of metal conductors for modeling: 1 - horseshoe; 2 - horseshoe with rectangular inserts; 3 - rectangular meander; 4 - triangular
С 2300
s
а зоо«^^-1------
g 0,1 0,14 0,18 0,22 0,26 2 Приложенная нагрузка, МПа
Рис. 2. Зависимость максимальных возникающих напряжений от приложенных нагрузок в проводниках разной формы: 1 - треугольная; 2 - прямоугольный меандр; 3 - подковообразная с прямоугольными вставками; 4 - подковообразная Fig. 2. Dependence of maximum arising stresses on applied loads in conductors of different shapes: 1 - triangular; 2 - rectangular meander; 3 - horseshoe with rectangular inserts; 4 - horseshoe
U-p--J
Рис. 3. Проводники в виде
скругленных меандров Fig. 3. Conductors in the form of rounded meanders
На основании полученных результатов исследования установлено, что форма проводников в виде скругленных меандров (рис. 3) наиболее подходящая с механической точки зрения. Это объясняется тем, что при продольных растяжениях по оси х данная форма проводника имеет наименьшие показатели возникающих напряжений в слое металла. В связи с этим в рамках разрабатываемой системы кардиомониторирования решено использовать именно эту форму проводников межсоединений.
Геометрические показатели проводников в виде скругленных меандров следующие:
Количество параллельных дорожек на эластичном межсоединении................4
Шаг параллельных дорожек d.........................................................................3 мм
Ширина дорожки меандра w.........................................................................0,1 мм
Угол меандра 0...................................................................................................135°
Радиус меандра R.........................................................................................0,35 мм
Период меандра р..............................................................................................1 мм
Толщина эластичного материала.................................................................0,7 мм
Растяжение проводника, выполненного скругленным меандром в полностью растянутом состоянии, определяется выражением
Ь Я
9, R
—Л 29 + :
2sin 9 + — cos 9 R
-1,
где L - длина прямого участка проводника [18].
Принцип работы системы. На рис. 4 представлена структурная блок-схема разработанной системы кардиомониторирования. Принцип работы данной системы заключается в следующем. В области грудной клетки человека, в местах, соответствующих тому или иному отведению, расположена группа емкостных биосенсоров [19], основную
Рис. 4. Структурная блок-схема системы кардиомониторирования Fig. 4. Structural block diagram of the cardiac monitoring system
роль в которых выполняет чувствительный элемент, улавливающий малейшие биоэлектрические импульсы при работе миокарда. Для минимизации потери данных на пути к устройству обработки на уровне емкостного биосенсора реализован усилительный каскад, задача которого заключается в фильтрации воздействующих внешних помех и усилении выходного сигнала до нужного значения. Усиленный выходной сигнал с каждого датчика посредством эластичных межсоединений поступает в устройство обработки, задача которого - прием и фильтрация выходных сигналов с биосенсоров, последующая обработка данных и построение синхронизированной ЭКГ со всех требуемых грудных отведений.
Устройство обработки состоит из двух модулей: питания и обработки. Модуль питания отвечает за формирование вторичного питания от встроенного литий-полимерного аккумулятора за счет применения понижающих преобразователей напряжения, обеспечивающих выходные напряжения питания, необходимые для всех основных узлов системы. Для удобства эксплуатации на уровне данного модуля реализовано зарядное устройство, процесс работы которого можно отслеживать по индикации соответствующих светодиодов. Предусмотрены контроль остановки подачи внешнего питания на аккумуляторную батарею и защита от статического разряда. Это необходимо для повышения общего времени работоспособности литий-полимерного аккумулятора и его защиты в случае как полного заряда, так и переразряда последнего при длительном простое. Применяемый на борту внешний micro-USB-разъем одновременно служит для подачи внешнего питания на аккумуляторную батарею через управляющий контроллер заряда и в случае необходимости для взаимодействия и обмена данными между персональным компьютером и устройством обработки по протоколу USB 2.0. Модуль обработки является основным вычислительным ядром всей системы кардио-мониторирования. На его борту применен 8-канальный сигма-дельта-АЦП, задача которого - измерять сигналы с емкостных биосенсоров, поступающих на входы преобразователя через входные RLC-фильтры, дифференцировать их относительно друг друга и передавать полученные данные ЭКГ со всех 12 отведений на микроконтроллер по
SPI-протоколу. За счет применения на уровне модуля обработки высокоточного МЭМС-акселерометра в течение всего времени измерения ЭКГ пользователя отслеживается изменение положения его тела с частотой порядка 1 Гц для последующего сопоставления с данными ЭКГ в микроконтроллере.
Основным управляющим звеном в модуле обработки выступает микроконтроллер STM32WB55 компании STMicroelectronics. Данная интегральная схема поддерживает необходимое количество протоколов передачи данных, оснащена встроенным Bluetooth-модулем стандарта 5.0 и имеет очень низкое энергопотребление. Микроконтроллер отвечает за управление питанием АЦП, всех емкостных биосенсоров, датчика положения и внутренней энергонезависимой памяти, выполняет цифровую обработку сигналов, полученных от аналого-цифрового преобразователя (АЦП), формирует пакет данных об ЭКГ и передает его на micro-SD-карту - внутреннее хранилище данных с возможностью прямого извлечения из модуля обработки. Для сигнализирования о текущем состоянии работы системы, имеющихся ошибках, уровне заряда аккумуляторной батареи и т. д. на уровне модуля обработки предусмотрена индикация.
В модуле обработки реализовано несколько способов передачи данных ЭКГ на внешние устройства. Обмен данными по протоколу USB 2.0 c персональным компьютером осуществляется по кабелю через встроенный micro-USB-разъем. Имеется возможность изъятия micro-SD-карты из модуля обработки для передачи данных напрямую. В модуле обработки предусмотрено беспроводное сопряжение с мобильными устройствами. На уровне микроконтроллера имеется встроенный Bluetooth-модуль стандарта 5.0 с поддержкой протоколов 802.15.4 для удовлетворения широкого спектра приложений. Для реализации беспроводной передачи данных микроконтроллер считывает с micro-SD-карты ранее записанные пакеты данных по SPI-протоколу и далее после их шифрования передает через ряд входных фильтрующих каскадов на керамическую SMD-антенну, позволяющую реализовать качественное беспроводное соединение с принимающим устройством с минимизацией потерь данных на стороне приема.
Конструкция системы кардиомониторирования. На рис. 5 представлена конструкция разработанной системы кардиомониторирования. Конструктивная особенность
устройства обработки подразумевает расположение его модулей в отдельном корпусе, каждый из которых, в свою очередь, состоит из основания и верхней крышки. В первом модуле обработки печатная плата фиксируется на внутренних выступах основания. Помимо этого, в основании и верхней крышке предусмотрены небольшие цилиндрические выступы, прижимающие печатную плату. Второй модуль имеет аналогичные первому методы корпусирования, а печатная плата и аккумулятор располагаются на основании. В каждом модуле предусмотрены вырезы под соответствующие внешние разъемы, индикаторы, а также подпружиненные контакты, отвечающие за обеспечение качественного электрического контакта между модулями обработки и питания. Соединение основания и крышки каждого модуля, а также самих
Рис. 5. Конструкция системы кардиомониторирования Fig. 5. Cardiac monitoring system design
модулей между собой обеспечивается за счет предусмотренных в конструкции направляющих вырезов по краям деталей обоих модулей и центральной защелки. Габариты разработанного устройства 60 х 55 х 9,3 мм. На рис. 6 представлен фрагмент конструкции эластичного межсоединения, подсоединенного к емкостному биосенсору.
Рис. 6. Фрагмент конструкции эластичного межсоединения,
подсоединенного к емкостному биосенсору Fig. 6. Fragment of the design of the stretchable interconnection connected to the capacitive biosensor
Результаты и их обсуждение. По результатам проведенного моделирования программной фильтрации сигнала ЭКГ установлена необходимая схема фильтрации для выделения полезного сигнала ЭКГ: фильтр верхних частот (ФВЧ) для устранения высокочастотных (ВЧ) шумов, полосно-заграждающий фильтр (ПЗФ) для устранения шума электросети, фильтр низких частот (ФНЧ) для устранения дрейфа изолинии из-за низкочастотных (НЧ) помех [20]. На рис. 7 изображен исходный сигнал ЭКГ, проходящий после наложения разнородного шума все этапы фильтрации. В результате удается убрать шумы и выделить полезный сигнал ЭКГ.
Проведено моделирование конструкции на тепловыделение. При существенных упрощениях конструкции устройства обработки и сложной геометрии электрорадиоиз-делий выполнен тепловой расчет двух режимов работы исследуемого изделия. В первом случае устройство обработки функционирует в штатном режиме, осуществляя питание всех основных узлов системы от литий-полимерного аккумулятора (рис. 8, а). Во втором случае промоделирован наихудший вариант работы изделия, подразумевающий параллельный заряд аккумуляторной батареи устройства обработки во время работы последнего в штатном режиме (рис. 8, б, в).
Тепловой анализ работы исследуемой системы в штатном режиме показал незначительный прирост температуры нагрева от работающих электрорадиоизделий, не превышающий 2 °С относительно температуры окружающей среды. В режиме работы изделия, подразумевающем параллельный заряд аккумуляторной батареи, установлен существенный прирост максимальной температуры нагрева, соответствующий « 46 °C. Однако внешнее воздействие окружающей среды при температуре 22 °С и качественное распределение тепла по поверхности печатной платы и корпуса полностью нивелируют данный нагрев, тем самым устройство обработки продолжает функционировать на низких температурах, близких к температуре окружающей среды. Результаты проведенного теплового анализа подтверждают, что при эксплуатации разработанной системы кардиомониторирования обеспечивается комфортный температурный режим системы, отвечающий требуемым нормам.
Рис. 7. Влияние разнородных шумов на сигнал ЭКГ и результат их фильтрации: а - оригинальный сигнал; б - сигнал с шумами; в - сигнал на выходе ФВЧ; г - сигнал на выходе ФВЧ + ФНЧ;
д - сигнал на выходе ФВЧ+ ФНЧ + ПЗФ Fig. 7. Effect of heterogeneous noise on the ECG signal and the result of their filtering: a - original signal; b - noisy signal; c - high pass filter output signal; d - high pass filter + low pass filter output signal; e - high pass filter + low pass filter + band-stop filter output signal
Рис. 8. Тепловое поле: а - модуля обработки; б - основания с печатной платой модуля
питания; в - модуля питания Fig. 8. Thermal field of the: a - processing module; b - base with PCB of the power module; c - power module
Разработанная система позволяет снимать показания ЭКГ с 12 грудных отведений
и имеет следующие характеристики:
Частота дискретизации................................................. 1000 Гц
Разрядность АЦП.............................................................24 бит
Время автономной работы системы
от одной аккумуляторной батареи.................................~ 51 ч
Масса блока обработки....................................................~ 48 г
Масса емкостного биосенсора........................................~ 0,4 г
Габариты блока обработки............................60 х 55 х 9,3 мм
Габариты биосенсоров.....................................6 х 6 х 1,37 мм
Длина соединений между блоком обработки и емкостными биосенсорами уменьшена до 30 см за счет использования эластичных шлейфов и размещения блока обработки в области грудной клетки человека.
Заключение. Разработанная система длительного кардиомониторирования с применением эластичных межсоединений, представляющих собой новый способ соединения емкостных биосенсоров, основанных на бесконтактном способе измерения электрических потенциалов с поверхности кожи человека, и устройства обработки с возможностью передачи данных ЭКГ на внешние носители и с помощью беспроводных технологий обладает низкими массогабаритными показателями и позволяет осуществлять регистрацию ЭКГ с 12 стандартных отведений. Такая комбинация в итоге должна повысить уровень комфорта пациента при проведении длительного кардиомониториро-вания. При этом остаются расширенные диагностические возможности для выявления различных сердечно-сосудистых заболеваний.
Материалы статьи доложены на Российском форуме «Микроэлектроника 2022» (2-8 октября 2022 г., г. Сочи).
Литература
1. Пат. 220696 РФ. Носимое устройство для непрерывного кардиомониторинга / Н. С. Горлов, В. Р. Погодин, Ф. Б. Лазба; заявл. 22.03.2023; опубл. 28.09.2023, Бюл. № 28. 7 с. EDN: PBLHJO.
2. Регистрационное удостоверение на медицинское изделие «Комплекс суточного мониторирования ЭКГ и АД "Валента"» от 16.01.2023 № ФСР 2007/00260 // Валента [Электронный ресурс]. URL: http://valenta.spb.ru/download/sert/KCM_reg.pdf (дата обращения: 17.01.2024).
3. Холтер ИН-33М // МЕДИКОМ [Электронный ресурс]. URL: https://www.medicomholter.ru/holter-33m (дата обращения: 17.01.2024).
4. Полный холтер «КАРДИОТЕХНИКА-04-8(М)» // Институт кардиологической техники «ИНКАРТ» [Электронный ресурс]. URL: https://www.incart.ru/production/kt-04/kt-04-8-m/ (дата обращения: 17.01.2024).
5. Пат. 2675752 РФ. Нательное диагностическое устройство для дистанционного непрерывного мониторинга электрокардиограммы (ЭКГ) / Е. А. Карпов, Д. Е. Карпов; заявл. 22.12.2016; опубл. 24.12.2018, Бюл. № 18. 16 с. EDN: KWOETP.
6. Регистрационное удостоверение на медицинское изделие «Комплекс аппаратно-программный суточного мониторирования ЭКГ по Холтеру "HOLTERLIVE" с возможностью проведения дистанционного анализа ЭКГ» от 29.07.2019 № РЗН 2019/8693 // HOLTERLIVE [Электронный ресурс]. URL: https://holterlive.ru/wp-content/uploads/2019/08/RU-RZN-20198693-ot-29.07.2019.pdf (дата обращения: 19.01.2024).
7. Пат. 176906 РФ. Устройство дистанционного непрерывного мониторинга физиологических параметров человека / А. Г. Армаганов, О. В. Дшхунян; заявл. 06.10.2017; опубл. 01.02.2018, Бюл. № 4. 8 с. EDN: BAEAHG.
8. Brosteaux D., Axisa F., Gonzalez M., Vanfleteren J. Design and fabrication of elastic interconnections for stretchable electronic circuits // IEEE Electron Device Letters. 2007. Vol. 28. Iss. 7. P. 552-554. https://doi.org/10.1109/LED.2007.897887
9. Горлов Н. С., Вертянов Д. В., Тимошенков С. П. Эластичные основания и межсоединения в носимой биоэлектронике и перспективы их применения // Научно-практическая конференция «Интеллектуальные системы и микросистемная техника»: сб. трудов. М.: МИЭТ, 2022. С. 112-118. EDN: LWHNEW.
10. Patent 2010/086416 WO. Stretchable electronic device / J. Vanfleteren, F. Bossuyt, F. Axisa; filed 29.01.2010, publ. 05.08.2010. 61 p.
11. Patent 2020/018255 WO. Stretchable electronics and hybrid integration method for fabricating the same / Z. Yuan, J. Kang, X. Guan, P. Wei; filed 28.06.2019; publ. 23.01.2020. 37 p.
12. Patent 0358849 US. Flexible interconnects, systems, and uses thereof / J. S. Jur, M. Yokus, R. Foote et al.; filed: 06.06.2016; publ.: 08.12.2016. 59 p.
13. Patent 0243204 US. Stretchable polymer-based electronic device / M. N. Maghribi, P. A. Krulevitch, J. C. Davidson et al.; filed: 16.04.2004; publ.: 02.12.2004. 13 p.
14. Ponomarev N. A., Vertyanov D. V., Nikolaev V. M., Timoshenkov S. P. Research of the constructions of conductors on flexible carriers // 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). Moscow; St. Petersburg: IEEE, 2018. P. 1626-1630. https://doi.org/10.1109/ EIConRus.2018.8317412
15. Impact of geometry on stretchable meandered interconnect uniaxial tensile extension fatigue reliability / M. Jablonski, R. Lucchini, F. Bossuyt et al. // Microelectronics Reliability. 2014. Vol. 55. Iss. 1. P. 143-154. https://doi.org/10.1016/j.microrel.2014.09.009
16. Design of metal interconnects for stretchable electronic circuits / M. Gonzalez, F. Axisa, M. V. Bulcke et al. // Microelectronics Reliability. 2008. Vol. 48. Iss. 6. P. 825-832. https://doi.org/10.1016/ j.microrel.2008.03.025
17. Verplancke R., Sterken T., Axisa F., Vanfleteren J. Development of a thin-film stretchable electrical interconnection technology for biocompatible applications // 3rd Electronics System Integration Technology Conference (ESTC). Berlin: IEEE, 2010. P. 1-4. https://doi.org/10.1109/ESTC.2010.5642910
18. Hocheng H., Chen C.-M. Design, fabrication and failure analysis of stretchable electrical routings // Sensors. 2014. Vol. 14. Iss. 7. P. 11855-11877. https://doi.org/10.3390/s140711855
19. Горлов Н. С., Вертянов Д. В., Тимошенков С. П. Емкостной биосенсор для измерения электрических потенциалов // Наноиндустрия. 2022. Т. 15. № S8-2 (113). С. 429-436. https://doi.org/10.22184/ 1993-8578.2022.15.8s.429.436. - EDN: SVRFSW.
20. Review of noise removal techniques in ECG signals / S. Chatterjee, R. S. Thakur, R. N. Yadav et al. // IET Signal Processing. 2020. Vol. 14. Iss. 9. P. 569-590. https://doi.org/10.1049/iet-spr.2020.0104
Статья поступила в редакцию 07.03.2023 г.; одобрена после рецензирования 06.12.2023 г.;
принята к публикации 12.02.2024 г.
Информация об авторах
Горлов Николай Сергеевич - аспирант, инженер Учебно-научного центра проектирования «Mentor Graphics - МИЭТ» Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), gorlov.nikolai.s@mail.ru
Вертянов Денис Васильевич - кандидат технических наук, доцент, начальник Научно-исследовательской лаборатории передовых технологий корпусирования и производства SD-микросистем Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), vdv.vertyanov@gmail.com
Тимошенков Сергей Петрович - доктор технических наук, профессор, директор Института нано- и микросистемной техники Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), spt@miee.ru
Погодин Владислав Романович - инженер-электроник отдела разработки технологической, испытательной и отладочной аппаратуры АО «Научно-исследовательский институт «Субмикрон» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, Георгиевский пр-т, 5. стр. 2), komok11123@gmail.com
Лазба Филипп Борисович - магистрант, инженер-радиоэлектронщик НИИ вычислительных средств и систем управления Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), lazfilip@gmail.com
References
1. Gorlov N. S., Pogodin V. R., Lazba F. B. Wearable device for continuous cardiac monitoring. Patent 220696 RF, publ. 28.09.2023, Bul. no. 28. 7 p. (In Russian). EDN: PBLHJO.
2. Certificate of registration for the medical product "Complex of daily monitoring of ECG and blood pre s-sure 'Valenta' " of Jan. 16, 2023 no. FSR 2007/00260. Valenta. (In Russian). Available at: http://valenta.spb.ru/ download/sert/KCM_reg.pdf (accessed: 17.01.2024).
3. Holter IN-33M. MEDICOM. (In Russian). Available at: https://www.medicomholter.ru/holter-33m (accessed: 17.01.2024).
4. Complete Holter "KARDI0TEKHNIKA-04-8(M)". Institut kardiologicheskoy tekhniki "INKART". (In Russian). Available at: https://www.incart.ru/production/kt-04/kt-04-8-m/ (accessed: 17.01.2024).
5. Karpov E. A., Karpov D. E. Wearable diagnostic device for remote continuous monitoring of electrocardiogram (ECG). Patent 2675752 RF, publ. 24.12.2018, Bul. no. 18. 16 p. (In Russian). EDN: KWOETP.
6. Certificate of registration for the medical product "Hardware-software complex for 24-hour Holter ECG monitoring 'HOLTERLIVE' with the ability to conduct remote ECG analysis" of July 29, 2019, no. RZN 2019/8693. HOLTERLIVE. (In Russian). Available at: https://holterlive.ru/wp-content/uploads/2019/ 08/RU-RZN-20198693-ot-29.07.2019.pdf (accessed: 19.01.2024).
7. Armaganov A. G., Dshkhunyan O. V. Device for remote continuous monitoring of human physiological parameters. Patent 176906 RF, publ. 01.02.2018, Bul. no. 4. 8 p. (In Russian). EDN: BAEAHG.
8. Brosteaux D., Axisa F., Gonzalez M., Vanfleteren J. Design and fabrication of elastic interconnections for stretchable electronic circuits. IEEE Electron Device Letters, 2007, vol. 28, iss. 7, pp. 552-554. https://doi.org/10.1109/LED.2007.897887
9. Gorlov N., Vertyanov D., Timoshenkov S. Stretchable substrates and interconnections in wearable bioe-lectronics and prospects for their application. Nauchno-prakticheskaya konferentsiya "Intellektual'nyye sistemy i mikrosistemnaya tekhnika", proceedings. Moscow, MIET, 2022, pp. 112-118. (In Russian). EDN: LWHNEW.
10. Vanfleteren J., Bossuyt F., Axisa F. Stretchable electronic device. Patent 2010/086416 WO, publ. 05.08.2010. 61 p.
11. Yuan Z., Kang J., Guan X., Wei P. Stretchable electronics and hybrid integration method for fabricating the same. Patent 2020/018255 WO, publ. 23.01.2020. 37 p.
12. Jur J. S., Yokus M., Foote R., Myers A. C., Bhakta R. P. Flexible interconnects, systems, and uses thereof. Patent 0358849 United States, publ. 08.12.2016. 59 p.
13. Maghribi M. N., Krulevitch P. A., Davidson J. C., Wilson Th. S., Hamilton J. K., Benett W. J., Tovar A. R. Stretchable polymer-based electronic device. Patent 0243204 United States, publ. 02.12.2004. 13 p.
14. Ponomarev N. A., Vertyanov D. A., Nikolaev V. M., Timoshenkov S. P. Research of the constructions of conductors on flexible carriers. 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). Moscow, St. Petersburg, IEEE, 2018, pp. 1626-1630. https://doi.org/10.1109/ EIConRus.2018.8317412
15. Jablonski M., Lucchini R., Bossuyt F., Vervust T., Vanfleteren J., Vries J. W. C. de, Vena P., Gonzalez M. Impact of geometry on stretchable meandered interconnect uniaxial tensile extension fatigue reliability. Microelectronics Reliability, 2014, vol. 55, iss. 1, pp. 143-154. https://doi.org/10.1016/j.microrel.2014.09.009
16. Gonzalez M., Axisa F., Bulcke M. V., Brosteaux D., Vandevelde B., Vanfleteren J. Design of metal interconnects for stretchable electronic circuits. Microelectronics Reliability, 2008, vol. 48, iss. 6, pp. 825-832. https://doi.org/10.1016/j.microrel.2008.03.025
17. Verplancke R., Sterken T., Axisa F., Vanfleteren J. Development of a thin-film stretchable electrical interconnection technology for biocompatible applications. 3rd Electronics System Integration Technology Conference (ESTC). Berlin, IEEE, 2010, pp. 1-4. https://doi.org/10.1109/ESTC.2010.5642910
18. Hocheng H., Chen C.-M. Design, fabrication and failure analysis of stretchable electrical routings. Sensors, 2014, vol. 14, iss. 7, pp. 11855-11877. https://doi.org/10.3390/s140711855
19. Gorlov N. S., Vertyanov D. V., Timoshenkov S. P. Capacitive biosensor for measuring electrical potentials. Nanoindustriya = Nanoindustry, 2022, vol. 15, no. S8-2 (113), pp. 429-436. (In Russian). https://doi.org/ 10.22184/1993-8578.2022.15.8s.429.436. - EDN: SVRFSW.
20. Chatteijee S., Thakur R. S., Yadav R. N., Gupta L., Raghuvanshi D. K. Review of noise removal techniques in ECG signals. IET Signal Processing, 2020, vol. 14, iss. 9, pp. 569-590. https://doi.org/10.1049/ iet-spr.2020.0104
The article was submitted 07.03.2023; approved after reviewing 06.12.2023;
accepted for publication 12.02.2024.
Information about the authors
Nikolai S. Gorlov - PhD student, Engineer of the Educational and Scientific Design Center "Mentor Graphics - MIET", National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), gorlov.nikolai.s@mail.ru
Denis V. Vertyanov - Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Head of the Research Laboratory of Advanced Technologies for Packaging and Production of 3D Microsystems, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), vdv.vertyanov@gmail.com
Sergey P. Timoshenkov - Dr. Sci. (Eng.), Prof., Director of the Institute of Nano- and Microsystem Technology, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), spt@miee.ru
Vladislav R. Pogodin - Electronics Engineer of the Development of Technological, Testing and Debugging Equipment Department, "Submicron Research Institute" JSC (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Georgievsky ave., 5, bld. 2), komok11123@gmail.com
Filipp B. Lazba - Graduate student, Radio Electronics Engineer of the Research Institute of Computing and Control Systems, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), lazfilip@gmail.com
