基于柔性MEMS干電極陣列的智能心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、心電圖是預(yù)防和治療心血管疾病的主要依據(jù)。目前，臨床多采用濕電極采集心電信號，但濕電極的導(dǎo)電膠會刺激皮膚，且隨時間增長，導(dǎo)電膠易干涸，影響心電信號質(zhì)量，不宜長期、連續(xù)使用。近年來，柔性MEMS技術(shù)與生物電子技術(shù)發(fā)展迅速，在柔性襯底上制備的心電干電極無需導(dǎo)電膠，具有良好的柔韌性和延展性，能與皮膚緊密貼合，在長期心電監(jiān)護(hù)中具有極大的發(fā)展?jié)摿Γ犀F(xiàn)代社會的醫(yī)療需求。另一方面，電子皮膚作為智能可穿戴設(shè)備的代表正逐漸成為生命體征監(jiān)測的重要發(fā)展方

2、向，而柔性干電極正是電子皮膚的重要組成部分。因此，無論是傳統(tǒng)的心電采集還是未來可穿戴電子皮膚的發(fā)展，對柔性干電極的研究都勢在必行。
　　PDMS是微加工領(lǐng)域常用的柔性襯底材料，與帕利靈、聚酰胺和聚酰亞胺相比，PDMS價格低廉，彈性性能好，具有良好的生物相容性，制備工藝簡單，無需專用沉積設(shè)備，在生物醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，在PDMS襯底上制備柔性電子器件時，沉積在PDMS襯底上的金屬膜會出現(xiàn)褶皺和裂紋，導(dǎo)致金屬膜阻抗增大、導(dǎo)電性能變

3、差，嚴(yán)重影響器件性能。因此，改善PDMS襯底上金屬膜的褶皺和裂紋，對推進(jìn)柔性PDMS電子器件的發(fā)展具有重要研究意義，也是實現(xiàn)柔性PDMS心電干電極穩(wěn)定、高效制備的工程基礎(chǔ)。
　　為了適應(yīng)未來智能可穿戴設(shè)備和電子皮膚的發(fā)展需求，本文著重研究了改善PDMS襯底上金屬膜褶皺和裂紋的方法，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種基于柔性PDMS襯底的MEMS球冠心電干電極陣列，并提出了相應(yīng)的制備工藝流程。最后開發(fā)了以柔性MEMS球冠干電極陣列為心電傳感器，以

4、心電數(shù)據(jù)采集前端為依托，以移動智能設(shè)備為用戶體驗終端，以中心服務(wù)器為支撐的智能心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。具體研究問題包括：柔性PDMS襯底上金屬膜褶皺和裂紋的改善方法，基于柔性PDMS襯底的MEMS球冠心電干電極陣列的設(shè)計與實現(xiàn)，心電干電極采樣信號預(yù)處理方法及心電信號QRS波檢測算法，智能心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計和開發(fā)。主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個方面：
　　1、針對基于PDMS的柔性MEMS球冠心電干電極陣列制備過程中，在PDMS襯底上沉

5、積金屬時，金屬膜存在褶皺和裂紋，致使金屬膜導(dǎo)電性和穩(wěn)定性降低的問題，依據(jù)褶皺產(chǎn)生的動力學(xué)機(jī)理，提出了兩種改善褶皺的方法：納米粒子填充改性PDMS襯底和通過表面修飾改性PDMS襯底，均能有效降低金屬膜的褶皺和裂紋，提升金屬膜的導(dǎo)電性，增強(qiáng)金屬膜與PDMS襯底的結(jié)合力。
　　2、在提高PDMS襯底上金屬膜質(zhì)量的基礎(chǔ)之上，通過光刻膠熱熔、兩次PDMS轉(zhuǎn)模等MEMS工藝和新型仿倒裝焊的引線工藝，設(shè)計并制備了一種基于PDMS襯底的柔性球冠干

6、電極陣列，將其應(yīng)用于心電檢測當(dāng)中，所獲得的心電信號具有較高的信噪比。
　　3、依據(jù)柔性MEMS球冠干電極陣列采集的心電信號特征，提出基于單步提升離散小波變換的心電信號去噪算法以及基于離散Marr小波變換的心電信號QRS波識別算法，在成功濾除基線漂移干擾和肌電等高頻干擾、精確檢測QRS波群的同時，提高了計算效率。
　　4、開發(fā)了基于柔性MEMS球冠干電極陣列的智能心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，通過藍(lán)牙無線傳輸將心電數(shù)據(jù)傳送給移動智能終端進(jìn)行數(shù)