用于人體連續(xù)呼吸監(jiān)測的類皮膚混合集成電路

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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、呼吸、體位體動、血氧飽和度等多種生理信號。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傳輸導(dǎo)線的束縛會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數(shù)據(jù)與真實睡眠情況不符，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，不利于展開對更大范圍人群的日常睡眠質(zhì)量監(jiān)測與呼吸暫停的早期篩查。

　　針對上述問題，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)計出面膜式的呼吸監(jiān)測系統(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)測技術(shù)中器件剛性、有線導(dǎo)聯(lián)、傳感單元與信號處理單元分離帶來的不舒適感、精度差、不可長期監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸與處理滯后等問題。該呼吸監(jiān)測技術(shù)的基本原理是通過貼于鼻子下（人中處）的溫度傳感器實時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，通過低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)級芯片（SOC）將實時數(shù)據(jù)無線分享至移動用戶終端，并在用戶應(yīng)用軟件上面實時顯示。

器件原理示意圖

　　近日，研究團(tuán)隊在國際電子材料領(lǐng)域知名學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)電子材料》上在線發(fā)表了題為《應(yīng)用于連續(xù)呼吸監(jiān)測的可共形貼附于面部的類皮膚混合集成電路》的研究成果。研究人員通過將類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)級集成電路的柔性化策略，建立了從信號采集、傳輸、處理到無線通信等多模塊一體化的柔性平臺，解決了可延展柔性傳感單元與后端電路的異質(zhì)集成的問題；并通過人力學(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，可實現(xiàn)人體在諸如休息，運(yùn)動，吃飯，喝水和睡覺等動靜態(tài)多場景下連續(xù)呼吸監(jiān)測，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。

器件示意與實物圖

　　利用本集成器件實現(xiàn)了的一系列多場景隨體呼吸監(jiān)測實驗，包括靜態(tài)與動態(tài)監(jiān)測，如休息，運(yùn)動，睡覺，而不對人體的正常活動造成任何影響，表明了該器件具有精準(zhǔn)舒適監(jiān)測人體呼吸的能力，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)用價值。此外，該研究所提出的系統(tǒng)級的柔性混合集成電路為人體其他生理信號的連續(xù)實時監(jiān)測提供了重要基礎(chǔ)，為人體健康監(jiān)測器件的大規(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。      

多場景實驗

　　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)。