清華-伯克利深圳學院在用於脈診的可穿戴傳感系統方面取得重要進展

2021-01-10 清華大學新聞網
清華-伯克利深圳學院在用於脈診的可穿戴傳感系統方面取得重要進展

清華新聞網10月11日電 10月4日，清華-伯克利深圳學院數據科學與信息技術中心林立偉、王曉浩課題組、清華大學深圳研究生院先進位造學部董瑛課題組在材料學國際知名期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上發表了題為《利用可穿戴壓電駐極體傳感系統實現基於脈診的健康狀況評估》（Human Pulse Diagnosis for Medical Assessments Using a Wearable Piezoelectret Sensing System）的論文。該論文被《先進功能材料》雜誌選為該期的封底（Back Cover）文章。

圖為該期《先進功能材料》的封底

可攜式和可穿戴電子設備的快速發展大大推進了移動健康技術在人們日常生活中的應用。人體橈動脈處的脈搏波信號，蘊含著豐富的信息，已經被中醫作為一種診斷方法（脈診）延續使用了上千年。如何利用柔性可穿戴傳感器精確地採集脈搏波，並結合大數據分析，實現個人健康狀況的實時監測，受到了學者的廣泛關注與研究。基於光學方法的脈搏傳感器目前廣泛應用於心率信號的提取，但其靈敏度較差，並存在較大的信號漂移，不能很好地實現不同壓力下脈搏波的高精度提取。

為解決上述問題，清華大學和伯克利加州大學的研究人員提出一種「三明治」結構的柔性壓電駐極體傳感系統。「三明治」結構由氟乙烯丙烯共聚物/超軟性矽樹脂/氟乙烯丙烯共聚物（FEP/Ecoflex/FEP）構成，超軟性矽樹脂（Ecoflex）層上利用雷射刻出均勻分布的孔洞陣列，再與兩層氟乙烯丙烯共聚物（FEP）駐極體薄膜進行鍵合構成壓電駐極體結構。與其他利用摩擦產生電荷轉移的傳感器相比，該結構將電暈放電極化的電荷保存於空腔內側，不直接與人體接觸，保證了長期佩戴過程中器件性能的穩定性。

用於脈搏波監測的壓電駐極體傳感器結構示意圖

本工作對比了壓電駐極體脈搏波傳感器與商用光學傳感器在不同壓力下採集的脈搏波形，展示了不同志願者橈動脈處，寸、關、尺三個不同位置的脈搏信號，以及利用脈搏波形細節實現志願者的分類與識別。

光學傳感器與壓電駐極體脈搏波傳感器在施加不同靜態壓力下的脈搏波採集結果對比

 

模仿中醫寸、關、尺三脈的示意圖

該「三明治」結構的壓電駐極體傳感系統，具有很高的靈敏度與穩定性，可精確採集人體橈動脈在不同壓力下與不同位置的脈搏波。結合中醫脈診的經驗與理念，以及大數據分析的工具，壓電駐極體脈搏波傳感器在可穿戴移動健康和疾病診斷方面具有廣泛的應用前景與實際的應用價值，本課題組也將針對中醫脈診的客觀化進行更加深入的研究。

該研究成果的通訊作者為清華-伯克利深圳學院董瑛副教授、林立偉教授與美國伯克利加州大學鍾俊文博士後，第一作者為清華-伯克利深圳學院博士研究生楚堯，指導教師為清華大學董瑛副教授、王曉浩教授及林立偉教授。該項研究工作得到了國家高科技研究發展計劃和深圳市科技研發資金項目等資助。

原文連結: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201803413

供稿：清華-伯克利深圳學院 編輯：趙姝婧 華山 審核：襄楠

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