用于人體連續(xù)呼吸監(jiān)測(cè)的類(lèi)皮膚混合集成電路

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　　睡眠呼吸暫停綜合征是在睡眠過(guò)程中出現(xiàn)呼吸暫停、呼吸變淺、呼吸不規(guī)律等呼吸失調(diào)癥狀的疾病。目前臨床針對(duì)睡眠呼吸暫停綜合征的診斷依據(jù)主要是多導(dǎo)睡眠圖。多導(dǎo)睡眠圖中包含了腦電、心電、肌電、眼動(dòng)、呼吸、體位體動(dòng)、血氧飽和度等多種生理信號(hào)。多導(dǎo)睡眠儀在精確診斷和早期篩查方面尚存以下不足：

　　1.處于新環(huán)境且佩戴眾多儀器以及信號(hào)傳輸導(dǎo)線(xiàn)的束縛會(huì)一定程度上影響患者睡眠質(zhì)量，甚至導(dǎo)致失眠，使得所采集的生理信號(hào)數(shù)據(jù)與真實(shí)睡眠情況不符，從而妨礙精確診斷；

　　2.多導(dǎo)睡眠儀體積較大且操作復(fù)雜，不利于展開(kāi)對(duì)更大范圍人群的日常睡眠質(zhì)量監(jiān)測(cè)與呼吸暫停的早期篩查。

　　針對(duì)上述問(wèn)題，浙江清華柔性電子技術(shù)研究院的研究人員提出了一種將類(lèi)皮膚的柔性混合電路與可延展柔性傳感單元集成的柔性化策略，并基于人體臉部幾何形貌特征設(shè)計(jì)出面膜式的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用傳熱學(xué)分析構(gòu)建基于可延展溫度傳感器的呼吸監(jiān)測(cè)原理，提出壓縮屈曲構(gòu)型作為傳感器工作形態(tài)以提升傳感器信噪比和力學(xué)順應(yīng)性，用以解決現(xiàn)有呼吸監(jiān)測(cè)技術(shù)中器件剛性、有線(xiàn)導(dǎo)聯(lián)、傳感單元與信號(hào)處理單元分離帶來(lái)的不舒適感、精度差、不可長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸與處理滯后等問(wèn)題。該呼吸監(jiān)測(cè)技術(shù)的基本原理是通過(guò)貼于鼻子下（人中處）的溫度傳感器實(shí)時(shí)采集人體呼出和吸入氣體的溫度，并傳輸至集成化的柔性混合集成電路，用以數(shù)據(jù)的預(yù)處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換、處理，通過(guò)低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)級(jí)芯片（SOC）將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)分享至移動(dòng)用戶(hù)終端，并在用戶(hù)應(yīng)用軟件上面實(shí)時(shí)顯示。

器件原理示意圖

　　近日，研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際電子材料領(lǐng)域知名學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)電子材料》上在線(xiàn)發(fā)表了題為《應(yīng)用于連續(xù)呼吸監(jiān)測(cè)的可共形貼附于面部的類(lèi)皮膚混合集成電路》的研究成果。研究人員通過(guò)將類(lèi)皮膚的柔性混合電路與可延展柔性傳感單元集成，提出了系統(tǒng)級(jí)集成電路的柔性化策略，建立了從信號(hào)采集、傳輸、處理到無(wú)線(xiàn)通信等多模塊一體化的柔性平臺(tái)，解決了可延展柔性傳感單元與后端電路的異質(zhì)集成的問(wèn)題；并通過(guò)人力學(xué)建模優(yōu)化，該柔性集成電路可共形貼附于具有復(fù)雜幾何特征的面部，可實(shí)現(xiàn)人體在諸如休息，運(yùn)動(dòng)，吃飯，喝水和睡覺(jué)等動(dòng)靜態(tài)多場(chǎng)景下連續(xù)呼吸監(jiān)測(cè)，展示了柔性電子技術(shù)在人體呼吸相關(guān)的臨床與生理學(xué)基礎(chǔ)研究中的廣闊應(yīng)用前景。

器件示意與實(shí)物圖

　　利用本集成器件實(shí)現(xiàn)了的一系列多場(chǎng)景隨體呼吸監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，包括靜態(tài)與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，如休息，運(yùn)動(dòng)，睡覺(jué)，而不對(duì)人體的正?；顒?dòng)造成任何影響，表明了該器件具有精準(zhǔn)舒適監(jiān)測(cè)人體呼吸的能力，在與呼吸系統(tǒng)相關(guān)的臨床與生理學(xué)基礎(chǔ)研究中具有明確應(yīng)用價(jià)值。此外，該研究所提出的系統(tǒng)級(jí)的柔性混合集成電路為人體其他生理信號(hào)的連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了重要基礎(chǔ)，為人體健康監(jiān)測(cè)器件的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和推廣應(yīng)用提供了一條新的研究思路。      

多場(chǎng)景實(shí)驗(yàn)

　　浙江清華柔性電子技術(shù)研究院助理研究員陳穎博士為文章的第一作者，浙江清華柔性電子技術(shù)研究院是清華大學(xué)探索多學(xué)科交叉與校地合作新模式的試點(diǎn)，是浙江省人民政府與清華大學(xué)共同打造的新型高端科研機(jī)構(gòu)。