⚡ electrical engineering

Textile Electrode Size and Placement Influence on Electrocardiography Monitoring

Deze studie toont aan dat hoewel de grootte van de textielelektrode geen significante impact heeft op de kwaliteit van het ECG-signaal, de plaatsingslocatie cruciaal is, waarbij posities onder de linker schouderblad op de rug en onder de linker tepel op de borst optimale resultaten opleveren die tijdens fysieke activiteit vaak de conventionele Ag/AgCl-elektroden overtreffen.

Oorspronkelijke auteurs: Martin Lajdolf, Radek Martinek, Rene Jaros

Gepubliceerd 2026-06-26

📖 5 min leestijd🧠 Diepgaand

CC BY 4.0

Oorspronkelijke auteurs: Martin Lajdolf, Radek Martinek, Rene Jaros

Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer

Stel je voor dat je hart een kleine, ritmische drummer in je borstkas is, die elektrische signalen uitzendt die artsen vertellen hoe het met je gaat. Normaal gesproken, om deze drummer duidelijk te kunnen horen, plakken artsen kleverige, met gel bedekte kussentjes (zoals tijdelijke tatoeages) op je huid. Maar deze kunnen jeukend en oncomfortabel zijn, en ze kunnen loslaten als je te veel beweegt.

Dit onderzoek stelt een eenvoudige vraag: Kunnen we betere "luisterkussentjes" maken van stof (textiel) die aanvoelen als normale kleding, en maakt het uit hoe groot die kussentjes zijn of waar we ze precies plaatsen?

Hier is de uitleg van hun experiment en bevindingen, simpel uitgelegd:

Het Experiment: De "Stofpatch"-test

De onderzoekers hebben speciale stoffen elektroden gemaakt in drie verschillende maten:

Klein: Zo groot als een postzegel (2x2 cm).
Medium: Zo groot als een grote onderzetter (4x4 cm).
Groot: Zo groot als een kleine ansichtkaart (6x6 cm).

Ze testten deze stoffen patches op 15 vrijwilligers op twee manieren:

Rustend: Gewoon stilzitten of staan.
Bewegend: Fysieke activiteiten doen zoals wandelen, gewichten heffen en kniebuigingen (squats) maken.

Ze plaatsten deze stoffen patches op zes verschillende plekken: drie op de voorkant van de borst en drie op de achterkant. Voor elke plek plakten ze ook een standaard medische patch (de "gouden standaard") direct naast de patch om de signalen te vergelijken. Denk hierbij aan het hebben van een stoffen microfoon en een professionele studiomicrofoon die dezelfde zanger tegelijkertijd opnemen om te zien welke beter klinkt.

De Grote Ontdekking 1: Grootte Maakt Niet Veel Uit

De Analogie: Stel je voor dat je probeert een gesprek te horen in een lawaaierige kamer. Maakt het uit of je een klein oor of een reusachtig oor gebruikt? In deze studie was het antwoord nee.

De onderzoekers ontdekten dat of de stoffen patch nu klein, medium of groot was, de kwaliteit van het hartsignaal bijna exact hetzelfde was.

Het Resultaat: Je hebt geen reusachtig kussentje nodig om een goede meting te krijgen. Een kleiner kussentje werkt net zo goed.
Waarom dit cool is: Kleinere patches betekenen dat je er potentieel meer op een shirt kunt plaatsen om verschillende dingen tegelijkertig te monitoren, of dat de kleding minder volumineus wordt.

De Grote Ontdekking 2: Locatie is Alles

De Analogie: Denk aan het signaal van het hart als een radiostation. Als je vlak naast de radiotoren (het hart) staat, is het signaal kristalhelder. Als je 10 kilometer verderop staat, zit er veel ruis op.

De studie toonde aan dat waar je de patch plaatst veel meer uitmaakte dan hoe groot deze was.

Voorkant versus Achterkant: Verrassend genoeg gaven de patches op de achterkant van het lichaam veel duidelijkere signalen dan de patches op de voorkant. De onderzoekers suggereren dat dit komt doordat er minder vet en spier tussen het hart en de achterkant van de huid zit, waardoor het "radiosignaal" sterker is.
Links versus Rechts: Zowel op de voor- als op de achterkant werkten de plekken die het dichtst bij het hart lagen (aan de linkerzijde) het best.
- Beste plek op de borst: Onder de linker tepel.
- Beste plek op de rug: Onder het linker schouderblad.

De Grote Ontdekking 3: Bewegen (De "Jitter"-test)

Wanneer de vrijwilligers begonnen te bewegen (wandelen, gewichten heffen), worden de signalen meestal rommelig (zoals statische ruis op een radio wanneer je door een tunnel rijdt).

Het Resultaat: De stoffen patches waren eigenlijk beter dan de kleverige medische patches bij het opvangen van de hartslagen tijdens het wandelen of het doen van lichte oefeningen.
De Uitzondering: Wanneer mensen zware gewichten tilden (dumbbells) of diepe kniebuigingen (squats) maakten, presteerden de standaard kleverige patches iets beter, maar de stoffen patches waren qua prestaties nog steeds zeer dichtbij.

Het "Geheime Wapen": De AI-hersenen

Om er zeker van te zijn dat ze de hartslagen correct telden, keken de onderzoekers niet alleen naar de golvende lijnen; ze gebruikten een Deep Neural Network (een type kunstmatige intelligentie).

De Analogie: Stel je een mens voor die probeert hartslagen te tellen in een lawaaierige menigte. Dat is moeilijk. Maar stel je een super slimme robot voor die duizenden hartslagen heeft beluisterd. Deze kan de "slag" direct herkennen, zelfs als er ruis of vreemde vormen in het signaal zitten.
De AI hielp bevestigen dat de stoffen patches nauwkeurig genoeg waren om op te vertrouwen, zelfs wanneer de persoon bewoog.

De Kern van het Verhaal

Als je een slim shirt wilt bouwen om je hart te monitoren:

Maak je geen zorgen over het maken van de patches enorm groot. Kleine patches werken net zo goed.
Plaats de patches op de rug. Specifiek onder het linker schouderblad, of op de voorkant onder de linker tepel.
Het werkt terwijl je beweegt. Deze stoffen patches zijn geweldig voor actieve mensen en verslaan vaak de oude kleverige pads tijdens het wandelen.

Kortom, het artikel bewijst dat we de oncomfortabele, kleverige medische kussentjes kunnen vervangen door comfortabele stoffen kussentjes, zolang we ze maar op de juiste plek plaatsen. De grootte van de patch is een detail; de locatie is de echte sleutel tot een helder signaal.

Technische Samenvatting: Invloed van de grootte en plaatsing van textiele elektroden op elektrocardiografie-monitoring

Probleemstelling
Langdurige monitoring van de elektrische hartactiviteit (ECG) via draagbare apparaten is steeds gebruikelijker. Conventionele zilver/zilverchloride (Ag/AgCl) elektroden vertonen echter aanzienlijke beperkingen, waaronder ongemak voor de gebruiker, potentiële allergische reacties, huidirritatie en gevoeligheid voor bewegingsartefacten. Hoewel textiele elektroden een veelbelovend alternatief bieden vanwege hun herbruikbaarheid, huidvriendelijkheid en gemakkelijke integratie in kleding, is hun signaalkwaliteit sterk afhankelijk van specifieke ontwerpparameters. De auteurs identificeren een gat in de literatuur met betrekking tot de systematische evaluatie van hoe de contactoppervlakte van de elektrode en de specifieke lichaamsplaatsing de signaalkwaliteit en de nauwkeurigheid van R-piekdetectie beïnvloeden, met name onder variërende omstandigheden van rust en fysieke activiteit.

Methodologie
De studie maakte gebruik van een robuust experimenteel ontwerp met 30 vrijwilligers van verschillende leeftijden, geslachten en somatotypen. De methodologie was verdeeld in twee primaire fasen:

Beoordeling van de signaalkwaliteit (rust en activiteit):
- Elektrodeontwerp: Drie maten textiele elektroden werden vervaardigd met behulp van Silitex geleidende stof (Shieldex) met een geheugenpolyurefoenskussen (memory foam) om huidcontact te garanderen. De maten waren 2×2 cm, 4×4 cm en 6×6 cm.
- Plaatsing: Zes verschillende locaties werden getest: drie op de borst (onder de rechterborstnippel, rechts van het borstbeen, midden van het borstbeen) en drie op de rug (onder het rechterschouderblad, de spinale groef, onder het linkerschouderblad). Elke textiele elektrode werd gekoppeld aan een referentie Ag/AgCl-elektrode die direct onder deze geplaatst was.
- Data-acquisitie: Signalen werden opgenomen met een commercieel BTL Flexi 12 ECG-apparaat op 500 Hz. Ruwe data werden verwerkt met 2e-orde IIR-filters (hoogdoorlaat op 0,5 Hz, laagdoorlaat op 100 Hz, en bandstop op 49–51 Hz).
- Evaluatiemetrieken: De signaalkwaliteit werd beoordeeld door representatieve hartperioden (RCP) afgeleid van textiele signalen te vergelijken met referentiesignalen met behulp van de Pearson-correlatiecoëfficiënt ( $R$ ) en de gemiddelde kwadratische fout (Mean Squared Error, MSE).
Nauwkeurigheid van R-piekdetectie:
- Model: Er werd een Deep Neural Network (DNN) ontworpen voor R-piekdetectie. De architectuur bevat drie parallelle 1D-convolutionele takken met variërende kernelgroottes om verschillende QRS-schalen te vangen, een bidirectionele LSTM-laag voor sequentiële ritme-informatie, en dubbele output-koppen (een detectiekop met een Gaussische waarschijnlijkheidskaart en een regressiekop voor precieze lokalisatie).
- Training: Het model werd getraind op ongeveer 1.200 geannoteerde 6-minuten ECG-opnames van zowel textiele als referentie-elektroden onder laboratoriumcondities.
- Validatie: De F1-score (harmonisch gemiddelde van precisie en recall) werd gebruikt om de detectienauwkeurigheid te evalueren. Een aanvullende dataset bestaande uit 15 extra vrijwilligers die vier fysieke activiteiten uitvoerden (wandelen met 4 km/u en 5 km/u, dumbbell-oefeningen en squats) werd gebruikt om de prestaties onder bewegingsartefacten te testen.

Belangrijkste Bijdragen

Systematische Grootte-evaluatie: De studie testte drie verschillende maten textiele elektroden (2×2, 4×4 en 6×6 cm) om de impact van het contactoppervlak op de signaalgetrouwheid te bepalen.
Uitgebreide Plaatsingsanalyse: Het onderzoek evalueerde zes specifieke lichaamslocaties (drie anterior, drie posterior) om de invloed van de anatomische positie op de ECG-kwaliteit in kaart te brengen.
Geavanceerd Detectiemodel: De ontwikkeling en toepassing van een op maat gemaakt DNN-model voor hoogprecisie R-piekdetectie, in staat om diverse signaalmorfologieën te verwerken.
Robuuste Dataset: De generatie van een dataset bestaande uit metingen van 30 vrijwilligers, inclusclusief specifieke subsets voor fysieke activiteitsanalyse, wat een bredere steekproefomvang biedt dan veel vergelijkbare studies.
Multi-metrische Evaluatie: Een holistische beoordeling met behulp van correlatie ( $R$ ), MSE en F1-scores om zowel de signaalmorfologie als de prestaties van het detectiealgoritme te evalueren.

Resultaten

Elektrode Grootte: Statistische analyse (Kruskal-Wallis test) toonde geen statistisch significant verschil aan in signaalkwaliteit op basis van elektrogrootte. Hoewel de kleinste elektroden (2×2 cm) incidenteel een iets lagere variabiliteit en hogere mediaan correlatiewaarden vertoonden, waren de verschillen tussen de maten minimaal.
Elektrode Plaatsing: Plaatsing had een statistisch significant effect op de signaalkwaliteit.
- Borst versus Rug: Signalen opgenomen vanaf de rug leverden significant betere resultaten op (hogere $R$ , lagere MSE) dan die vanaf de borst.
- Specifieke Locaties: Op de borst leverde de positie onder de linkerborstnippel de beste resultaten. Op de rug bereikte de positie onder het linkerschouderblad de hoogste kwaliteit, met dataclusters nabij een perfecte correlatie ( $R \approx 1$ ) en nul fout.
- Afstandscorrelatie: De signaalkwaliteit verbeterde naarmate de elektrode positie dichter bij het hart (linkerzijde) kwam te liggen, waarbij de rechterzijde de laagste kwaliteit vertoonde.
R-piekdetectie (F1-score):
- Onder rustcondities waren de F1-scores over het algemeen hoog (>98%) voor zowel de textiele als de referentie-elektroden in de meeste posities.
- Tijdens fysieke activiteit vertoonden textiele elektroden op de V4-positie een betere stabiliteit in R-piekdetectie dan referentie-elektroden tijdens wandelen (4 km/u en 5 km/u) en dumbbell-oefeningen.
- De enige uitzondering was krachttraining (dumbbells/squats), waarbij referentie-elektroden over het algemeen iets beter of vergelijkbaar presteerden, met name op de V6-positie.
- Op de V5- en V6-posities waren de verschillen tussen textiele en referentie-elektroden minimaal over alle activiteiten heen.

Betekenis en Claims
Het artikel concludeert dat hoewel elektrogrootte geen kritieke factor is voor de signaalkwaliteit, plaatsing de dominante variabele is. De studie claimt dat textiele elektroden een functionele vervanging kunnen vormen voor conventionele Ag/AgCl-systemen, mits ze optimaal geplaatst zijn (specifiek op de rug, nabij het linkerschouderblad, of op de borst nabij de linkerborstnippel).

De auteurs benadrukken dat de superieure prestaties van kleinere elektroden (2×2 cm) met betrekking tot consistentie wijzen op potentieel om contactoppervlaktes te minimaliseren in wearables-ontwerpen. Dit zou een hogere sensordichtheid in draagbare kledingstukken mogelijk maken, wat gelijktijdige monitoring van meerdere biologische signalen (bijv. ECG en EMG) mogelijk maakt zonder het comfort aan te tasten. De studie stelt dat het voorgestelde DNN-model effectief omgaat met de morfologische diversiteit van textiele ECG-signalen, wat de haalbaarheid van het gebruik van deep learning voor artefactgevoelige draagbare data valideert.

Dit werk positioneert zich als een noodzakelijke stap in de stand van de techniek, door het gebrek aan uitgebreide studies naar de gecombineerde effecten van grootte, plaatsing en beweging op textiel-ECG aan te pakken, en biedt een gevalideerde dataset en methodologie voor toekomstig onderzoek in draagbare cardiale monitoring.