用于人體連續呼吸監測的類(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)程中出現呼吸暫停、呼吸變淺、呼吸不規律等呼吸失調癥狀的疾病。目前臨床針對睡眠呼吸暫停綜合征的診斷依據主要是多導睡眠圖。多導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。多導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線(xiàn)的束縛會(huì )一定程度上影響患者睡眠質(zhì)量，甚至導致失眠，使得所采集的生理信號數據與真實(shí)睡眠情況不符，從而妨礙精確診斷；

　　2.多導睡眠儀體積較大且操作復雜，不利于展開(kāi)對更大范圍人群的日常睡眠質(zhì)量監測與呼吸暫停的早期篩查。

　　針對上述問(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計出面膜式的呼吸監測系統，利用傳熱學(xué)分析構建基于可延展溫度傳感器的呼吸監測原理，提出壓縮屈曲構型作為傳感器工作形態(tài)以提升傳感器信噪比和力學(xué)順應性，用以解決現有呼吸監測技術(shù)中器件剛性、有線(xiàn)導聯(lián)、傳感單元與信號處理單元分離帶來(lái)的不舒適感、精度差、不可長(cháng)期監測、數據傳輸與處理滯后等問(wèn)題。該呼吸監測技術(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，用以數據的預處理、模數轉換、處理，通過(guò)低功耗藍牙系統級芯片（SOC）將實(shí)時(shí)數據無(wú)線(xiàn)分享至移動(dòng)用戶(hù)終端，并在用戶(hù)應用軟件上面實(shí)時(shí)顯示。

器件原理示意圖

　　近日，研究團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(xiàn)發(fā)表了題為《應用于連續呼吸監測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(wú)線(xiàn)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(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雜幾何特征的面部，可實(shí)現人體在諸如休息，運動(dòng)，吃飯，喝水和睡覺(jué)等動(dòng)靜態(tài)多場(chǎng)景下連續呼吸監測，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)基礎研究中的廣闊應用前景。

器件示意與實(shí)物圖

　　利用本集成器件實(shí)現了的一系列多場(chǎng)景隨體呼吸監測實(shí)驗，包括靜態(tài)與動(dòng)態(tài)監測，如休息，運動(dòng)，睡覺(jué)，而不對人體的正?；顒?dòng)造成任何影響，表明了該器件具有精準舒適監測人體呼吸的能力，在與呼吸系統相關(guān)的臨床與生理學(xué)基礎研究中具有明確應用價(jià)值。此外，該研究所提出的系統級的柔性混合集成電路為人體其他生理信號的連續實(shí)時(shí)監測提供了重要基礎，為人體健康監測器件的大規模工業(yè)化生產(chǎn)和推廣應用提供了一條新的研究思路。      

多場(chǎng)景實(shí)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構。