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Adv. Sci. | 新型电子纹身实现心脏健康的持续监测

已有 887 次阅读 2019-8-8 15:55 |个人分类:热点研究|系统分类:博客资讯


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心血管疾病 (CVD) 是全球范围内造成死亡的主要原因。它们是心脏、血管和动脉的疾患,其中包括冠心病、脑血管病、风湿性心脏病、动脉粥样硬化等。五分之四的心血管疾病死亡是由于心脏病发作和中风引起的。


为了解决这个问题,美国得克萨斯大学奥斯汀分校的工程师们,在科克雷尔工程学院鲁南姝(Nanshu Lu)副教授的领导下开发了一种可穿戴设备——被称为“电子纹身”——可为远程医疗患者和门诊病人进行连续的心血管监测。心电图 (ECG) 是最为大家熟知的心血管检测信号,表示的是心脏的电活动,反映心肌传导。机械声学信号(Mechano‐acoustic signals)作为心电信号的补充,为心血管健康提供深入了解。在这里,Taewoo Ha及其同事重点研究了心跳引起的胸壁局部振动,这可以通过心震图(SCG) 来记录。


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设备处于工作状态。


作者描述了整个系统设计,包括SCG检测原理、基质选择、系统优化、电子纹身表征以及收缩时间间隔与收缩压/舒张压之间的相关性。至于传感方面,该团队利用细丝状弯曲(FS)的 Au/PET 电极用于 ECG,FS PVDF用于SCG。


基于双传感器的方法提供了一种消除噪声技术,同时本项目提出了一种多模式 (ECG、SCG) 、双阳极(两个胸部位置)测量策略。


通过减去两个相邻的FS PVDF 传感器上SCG 信号,有效地消除了运动伪迹。此外,Ha 等人应用三维数字图像相关技术绘制胸部振动图,并确定 SCG 传感器的最佳位置。


关于PVDF 纹身的机电特性,作者对直的 PVDF和细丝状弯曲PVDF 进行了拉伸试验,记录了不同应变幅度的电压输出,并用有限元建模方法对输出电压进行了建模。另外,还研究了各种基质——包括无基质、Tegaderm 薄膜和 PET 薄膜——对皮肤变形和装置灵敏度的影响。Ha 和他的团队能够预测给定基底硬度的传感器输出。在各种基质中,无基质的丝状弯曲的PVDF传感器的结果表现最好。


然而,作者选择了Tegaderm基质支撑的丝状弯曲PVDF传感器,这是因为没有基质,电子纹身很难发挥作用。


最后,作者通过从同步 ECG 和 SCG 信号中提取的收缩时间间期 (STI),以及收缩时间间期与血压(BP)的相关性,证明了电-机械-声学心血管传感器纹身用于无创评估血压的适用性。


原文阅读:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201900290 


通讯作者简介


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鲁南姝副教授简介:美国德州大学奥斯汀主校区工程力学系、生物医学工程系、电子与计算机工程系及材料学院终身教授、博士生导师,在2012年就凭借“电子纹身”的发明获得了MIT评选的TR35(全球35位35岁以下青年创新家)称号。发表了60多篇同行评审期刊文章(引用次数超过5600篇),其中许多文章发表在高影响因子的科技期刊上,比如Science, Nature Nanotechnology, Nature Materials, PNAS, Advance Materials, Advanced ScienceNano Letters, ACS Nano


研究方向:可拉伸和生物集成电子的机械制造


联系方式:nanshulu@utexas.edu




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