新型“无感电子皮肤”实时监测身体状况

声带振动、心跳、呼吸、运动...在这些人体的日常自然活动过程中，会产生大量的机械声信号，这些信号的强度和频率将表明你的身体健康状况。

然而，许多信号在皮肤和空气的交界处会被强烈衰减。没有“创可贴”式的实时监控设备，将影响人们对健康状况、运动表现等的准确判断。

近日，中科院外籍院士、西北大学教授团队、西北大学教授团队和香港城市大学谢研究员团队共同设计开发了一款柔软、轻便、可扩展的无线机械声学监测装置。该装置可以实时连续跟踪人类自然活动的机械声信号，并监控健康状况、社交互动、量化睡眠行为、测量运动表现、指导康复方案等。一整天。相关结果发表在《自然-生物医学工程》杂志上。

该论文的通讯作者之一谢告诉《中国科学新闻》，现有的临床监测工具，如数字听诊器和惯性测量装置，惯性质量高，有线，不能与身体保持实时保形接触，这使得难以实时捕捉高保真的机械和声学信号。

此外，现有设备难以长时间佩戴，并且会导致不适，这是另一个主要缺点。例如，从喉咙捕捉声音信号的麦克风需要系在脖子上，以监控进食行为和呼吸生理。记录一系列身体过程以跟踪睡眠行为的加速度计需要将蜡固定在颈部皮肤上。

显然，上述类型的设备很难让人感到舒适。因此，柔软、轻便、无线和“非敏感”的皮肤监测设备已经成为医疗卫生领域关注的焦点。

柔性电子技术的一系列研究进展为理想设备的研发奠定了基础。柔性电子“变刚为柔”，使冰冷坚硬的电子设备变软、变形，并能以高灵敏度实时传输信息。它在医学监测、诊断和治疗领域有着广泛的需求和应用。

在以往研究的基础上，研究者通过精巧的机械结构设计和无线系统优化，使用户在佩戴无线机械声学监测设备时几乎没有“感觉”。该监测设备具有灵敏度高、响应能力强等特点，同时可以将环境噪声的干扰降至最低。

机械声学信号包括大量耦合信号。通过时域和频域分析以及机器学习，我们获得了心率、呼吸频率、能量强度等基本生命体征的实时记录。在受试者的日常活动和体育锻炼中，以及其他生命体征，如吞咽时间和通过说话时间和节奏的方法谢对说道。

此外，研究人员还测试了处于睡眠状态的受试者，并通过量化睡眠行为的多导睡眠图验证了测量结果。

研究结果为人体实时健康检查提供了有效方法，在监测手术恢复、跟踪社会活动状态、治疗失语症和吞咽困难等方面具有实际应用价值谢对说道。

同时，他指出，虽然目前该设备可以实时连续捕捉人体各种状态下的机械声信号，但某些运动状态可能会对该设备监控的生命体征造成干扰，并产生虚假信号，例如，身体活动可能会影响对心脏和呼吸频率的检测。如何识别虚假信号是当前研究面临的主要问题。

下一步，该团队将尝试通过多点同时测量在人类活动中获取更多的机械声学信号，然后通过机器学习建立机械声学信号与相应的重要信息之间的关系，从而开发和优化识别虚假信号的有效方法。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41551-019-0480-6