[发明专利]双模式表皮心电图传感器

说明书

本发明提供了一种双模式表皮传感器/电极，当穿戴在人胸部上时，所述双模式表皮传感器/电极能够同步/连续监测心血管系统的电活动和机械‑声学活动。所述双模式表皮传感器/电极由一对可拉伸的心电图(ECG)电极和可拉伸的心震图(SCG)传感器组成，所述心电图电极由丝状螺线型金纳米膜制成，所述心震图传感器包括丝状螺线型PVDF。所述双模式表皮传感器/电极为轻的、薄的、柔性的，并且不需要操作电源。所述传感器可适形地且不显眼地层合在人胸部上，以提供高保真性ECG测量和SCG测量以及估计的每次心搏血压(BP)。所述双模式表皮传感器使用有成本效益的切割‑拼贴构造方法制造。

政府资助

本发明在由海军研究局授予的批准号为N00014-16-1-2044的政府资助下和由空军科学研究局授予的批准号为FA9550-15-1-0112的政府资助下完成。政府对本发明享有某些权利。

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求于2017年5月23日提交的美国临时专利申请序列号62/509,954的优先权和权益，该美国临时专利申请全文以引用方式并入并成为本文的一部分。

背景技术

在美国，心血管疾病(CVD)是致死的主要原因，每年给国家带来数千亿美元的负担。为了降低由CVD造成的死亡率和社会成本，可能需要可穿戴的连续心血管监测装置以便及时诊断和治疗CVD。

心血管功能可通过感测心脏的电活动(例如，心电图)来监测。此外，心血管功能可通过感测心脏的机械或声学活动(例如，心音图、心震图和心冲击图)来监测。

感测电活动和机械-声学活动提供补充性信息。例如，电活动可提供有关心肌传导的信息，而机械活动可提供有关心肌收缩的信息。

传统上，已采用多种类型的设备来测量心血管系统的电活动和机械-声学活动。例如，可使用可穿戴的Holter监测仪获得心电图(ECG)；可使用听诊器获得心音图(PCG)；可使用在胸部上穿戴的数字加速度传感器获得心震图(SCG)，以及可使用摇床或放置在计重秤上的力传感器获得心冲击图(BCG)。

传统上，测量心血管系统的血压(BP)需要血压计，该血压计使用加压袖套。袖套的紧缩/膨胀致使不可能进行每次心搏BP测量。然而，非常需要进行每次心搏BP测量，以便快速评估与CVD相关的各种病症(例如，心脏病、中风、终末期肾衰竭和周围性血管疾病)。

为了感测每次心搏BP，ECG传感器(在胸部上穿戴)和血管容积图(PPG)传感器(在手指上穿戴)可组合使用以测量脉压(PP)波形传播通过一段动脉树所花费的时间。因为传感器配置不方便，所以这种方法对于长期感测来说并不现实。此外，常规银/氯化银(Ag/AgCl)凝胶电极可引起皮肤刺激和脱水，如果穿戴较长时间，可降低其性能。

最近的研究已证实，可使用(i)心脏的电活动(即ECG)和(ii)由心脏的震动运动引起的胸壁的局部震动(即SCG)或由心脏上的冲击力引起的整个身体运动(即BCG)的同步测量来估计每次心搏BP。

用于同步测量ECG和SCG(或BCG)的常规方法仍然受到可靠性、准确性、成本、可达性和/或舒适性的挑战。例如，在人的胸部上安装刚性加速度传感器或刚性压电换能器以在较长时间段内测量SCG是不舒服的和不切实际的。

因此需要一种用于同时测量心血管电信号和心血管机械信号的一体式、可穿戴的SCG传感器和ECG电极贴片以估计每次心搏BP。

发明内容