清華-伯克利深圳學(xué)院在用于脈診的可穿戴傳感系統(tǒng)方面取得重要進(jìn)展

清華新聞網(wǎng)10月11日電 10月4日，清華-伯克利深圳學(xué)院數(shù)據(jù)科學(xué)與信息技術(shù)中心林立偉、王曉浩課題組、清華大學(xué)深圳研究生院先進(jìn)制造學(xué)部董瑛課題組在材料學(xué)國(guó)際知名期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上發(fā)表了題為《利用可穿戴壓電駐極體傳感系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于脈診的健康狀況評(píng)估》（Human Pulse Diagnosis for Medical Assessments Using a Wearable Piezoelectret Sensing System）的論文。該論文被《先進(jìn)功能材料》雜志選為該期的封底（Back Cover）文章。

圖為該期《先進(jìn)功能材料》的封底

便攜式和可穿戴電子設(shè)備的快速發(fā)展大大推進(jìn)了移動(dòng)健康技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用。人體橈動(dòng)脈處的脈搏波信號(hào)，蘊(yùn)含著豐富的信息，已經(jīng)被中醫(yī)作為一種診斷方法（脈診）延續(xù)使用了上千年。如何利用柔性可穿戴傳感器精確地采集脈搏波，并結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)個(gè)人健康狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，受到了學(xué)者的廣泛關(guān)注與研究?；诠鈱W(xué)方法的脈搏傳感器目前廣泛應(yīng)用于心率信號(hào)的提取，但其靈敏度較差，并存在較大的信號(hào)漂移，不能很好地實(shí)現(xiàn)不同壓力下脈搏波的高精度提取。

為解決上述問(wèn)題，清華大學(xué)和伯克利加州大學(xué)的研究人員提出一種“三明治”結(jié)構(gòu)的柔性壓電駐極體傳感系統(tǒng)。“三明治”結(jié)構(gòu)由氟乙烯丙烯共聚物/超軟性硅樹(shù)脂/氟乙烯丙烯共聚物（FEP/Ecoflex/FEP）構(gòu)成，超軟性硅樹(shù)脂（Ecoflex）層上利用激光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(jìn)行鍵合構(gòu)成壓電駐極體結(jié)構(gòu)。與其他利用摩擦產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移的傳感器相比，該結(jié)構(gòu)將電暈放電極化的電荷保存于空腔內(nèi)側(cè)，不直接與人體接觸，保證了長(zhǎng)期佩戴過(guò)程中器件性能的穩(wěn)定性。

用于脈搏波監(jiān)測(cè)的壓電駐極體傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

本工作對(duì)比了壓電駐極體脈搏波傳感器與商用光學(xué)傳感器在不同壓力下采集的脈搏波形，展示了不同志愿者橈動(dòng)脈處，寸、關(guān)、尺三個(gè)不同位置的脈搏信號(hào)，以及利用脈搏波形細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)志愿者的分類(lèi)與識(shí)別。

光學(xué)傳感器與壓電駐極體脈搏波傳感器在施加不同靜態(tài)壓力下的脈搏波采集結(jié)果對(duì)比

模仿中醫(yī)寸、關(guān)、尺三脈的示意圖

該“三明治”結(jié)構(gòu)的壓電駐極體傳感系統(tǒng)，具有很高的靈敏度與穩(wěn)定性，可精確采集人體橈動(dòng)脈在不同壓力下與不同位置的脈搏波。結(jié)合中醫(yī)脈診的經(jīng)驗(yàn)與理念，以及大數(shù)據(jù)分析的工具，壓電駐極體脈搏波傳感器在可穿戴移動(dòng)健康和疾病診斷方面具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，本課題組也將針對(duì)中醫(yī)脈診的客觀(guān)化進(jìn)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(xué)院董瑛副教授、林立偉教授與美國(guó)伯克利加州大學(xué)鐘俊文博士后，第一作者為清華-伯克利深圳學(xué)院博士研究生楚堯，指導(dǎo)教師為清華大學(xué)董瑛副教授、王曉浩教授及林立偉教授。該項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家高科技研究發(fā)展計(jì)劃和深圳市科技研發(fā)資金項(xiàng)目等資助。

原文鏈接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201803413

供稿：清華-伯克利深圳學(xué)院 編輯：趙姝婧 華山 審核：襄楠