可穿戴皮膚生物信號(hào)傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀和未來方向

生物信號(hào)是由心臟、肌肉和大腦等生物體的生理活動(dòng)產(chǎn)生的電信號(hào)。生物信號(hào)可以提供關(guān)于受試者健康狀況、情緒和認(rèn)知功能的有價(jià)值信息。然而，由于生物信號(hào)的復(fù)雜性、可變性和噪聲，因此測(cè)量和分析生物信號(hào)具有挑戰(zhàn)性。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)（Seoul National University）的研究人員探討了由機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）驅(qū)動(dòng)的可穿戴生物信號(hào)傳感器的變革性進(jìn)展，重點(diǎn)關(guān)注了四種值得注意的生物信號(hào)：心電圖（ECG）、肌電圖（EMG）、腦電圖（EEG）和光電容積描記圖（PPG）。機(jī)器學(xué)習(xí)與這些生物信號(hào)的整合，在各種醫(yī)療監(jiān)測(cè)和人機(jī)界面應(yīng)用中取得了顯著突破。這些由機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的集成傳感技術(shù)為醫(yī)療監(jiān)測(cè)和人機(jī)交互開辟了新的途徑，塑造了醫(yī)療保健的未來。相關(guān)研究成果以“Recent Developments and Future Directions of Wearable Skin Biosignal Sensors”為題發(fā)表在Advanced Sensor Research期刊上。

整合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的ECG

ECG已經(jīng)成為一種測(cè)量心臟電壓信號(hào)的強(qiáng)大技術(shù)，能夠?qū)π穆墒С５刃呐K疾病進(jìn)行無創(chuàng)診斷。機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的整合，徹底改變了ECG分析，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)心跳分類和準(zhǔn)確的疾病檢測(cè)?？纱┐鱁CG設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）系統(tǒng)相結(jié)合，可提供持續(xù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而深度學(xué)習(xí)模型則提高了分類精度。除了心跳分類，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的ECG分析還實(shí)現(xiàn)了中風(fēng)預(yù)測(cè)、癲癇發(fā)作檢測(cè)、睡眠呼吸暫停識(shí)別、壓力檢測(cè)、情緒識(shí)別和基于安全目的的生物識(shí)別。這些進(jìn)步顯著改善了心臟保健，促進(jìn)了早期檢測(cè)、精確診斷和個(gè)性化干預(yù)，以獲得更好的病患治療結(jié)果。

整合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的可穿戴ECG傳感器的應(yīng)用

整合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的EMG

EMG技術(shù)在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、康復(fù)、修復(fù)、人體工程學(xué)和神經(jīng)肌肉疾病的診斷中有著廣泛的應(yīng)用。機(jī)器學(xué)習(xí)的最新進(jìn)展為使用可穿戴EMG傳感器的人機(jī)界面（HMI）應(yīng)用開辟了新的可能性?？纱┐鱁MG傳感器的設(shè)計(jì)已經(jīng)發(fā)展到增強(qiáng)可穿戴性和便攜性，從而能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)和分析肌肉活動(dòng)。應(yīng)用于EMG數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法有助于對(duì)人體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)和分類，從而在康復(fù)、修復(fù)和虛擬現(xiàn)實(shí)界面中得以實(shí)際應(yīng)用。手勢(shì)識(shí)別、人工喉語音識(shí)別和下肢活動(dòng)分析是整合機(jī)器學(xué)習(xí)EMG的重要HMI應(yīng)用。

除了HMI，整合機(jī)器學(xué)習(xí)的EMG在診斷各種疾病（比如眼瞼痙攣和磨牙癥）以及區(qū)分帕金森病和原發(fā)性震顫方面也顯示出了前景。面部EMG分析也被用于情緒識(shí)別、面部活動(dòng)模式分類和飲食分析。這些多樣化的應(yīng)用展示了可穿戴EMG傳感器和機(jī)器學(xué)習(xí)在各種醫(yī)療保健領(lǐng)域的潛力，有望改善診斷、客觀情緒評(píng)估和個(gè)性化醫(yī)療保健解決方案。

整合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的可穿戴EMG傳感器及其應(yīng)用

整合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的EEG

機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的EEG代表了一種超越傳統(tǒng)臨床應(yīng)用的理解和利用大腦活動(dòng)的變革性方法。機(jī)器學(xué)習(xí)算法的整合能夠?qū)EG數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以檢測(cè)與特定任務(wù)、認(rèn)知功能和情緒狀態(tài)相關(guān)的模式，從而在心理學(xué)、神經(jīng)學(xué)、人機(jī)交互、營(yíng)銷和廣告等領(lǐng)域開辟多種應(yīng)用。此外，EEG驅(qū)動(dòng)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型在腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)中具有很大的前景，能夠?yàn)閲?yán)重身體殘疾的個(gè)人提供幫助，并提高他們的生活質(zhì)量。由機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的EEG的成功取決于廣泛且精確的數(shù)據(jù)集的可用性以及EEG設(shè)備的可穿戴性，這可以隨著表皮材料、處理能力和無線技術(shù)等技術(shù)的進(jìn)步而進(jìn)一步改善。

整合機(jī)器學(xué)習(xí)方法的可穿戴EEG傳感器的應(yīng)用

整合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的PPG

整合機(jī)器學(xué)習(xí)的PPG在心血管和呼吸系統(tǒng)疾病的診斷和監(jiān)測(cè)方面取得了顯著進(jìn)展。PPG的非侵入性，加上其便利性和更高的準(zhǔn)確性，使其成為醫(yī)療環(huán)境中有價(jià)值的工具。機(jī)器學(xué)習(xí)算法增強(qiáng)了對(duì)PPG信號(hào)的分析，使信號(hào)處理和特征提取更加準(zhǔn)確，從而能夠從PPG信號(hào)中獲得更廣泛的生理信息。機(jī)器學(xué)習(xí)模型已經(jīng)證明了通過PPG信號(hào)檢測(cè)和分類異常癥狀的能力，為早期發(fā)現(xiàn)健康問題和改善患者預(yù)后提供了可能。機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的PPG已成功應(yīng)用于檢測(cè)失血、測(cè)量心率和識(shí)別心律失常，展示了其在各種醫(yī)療場(chǎng)景中的多功能性。

此外，PPG技術(shù)有望用于估計(jì)血壓和檢測(cè)心血管疾病，進(jìn)一步擴(kuò)大了其在醫(yī)療保健領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。PPG與機(jī)器學(xué)習(xí)的整合也展示了在測(cè)量血糖水平、監(jiān)測(cè)壓力和進(jìn)行家庭睡眠監(jiān)測(cè)方面的潛力。在機(jī)器學(xué)習(xí)的推動(dòng)下，PPG技術(shù)的這些前沿進(jìn)步為個(gè)性化和非侵入性醫(yī)療保健解決方案提供了令人興奮的前景，最終有助于改善患者護(hù)理和福祉。隨著這些技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，它們?cè)诟纳漆t(yī)療保健成果和提高個(gè)人生活質(zhì)量方面的潛力越來越明顯。

整合機(jī)器學(xué)習(xí)方法的可穿戴PPG傳感器的應(yīng)用

總之，機(jī)器學(xué)習(xí)和可穿戴技術(shù)與四種值得關(guān)注的生物信號(hào)（ECG、EMG、EEG和PPG）的整合應(yīng)用，為醫(yī)療監(jiān)測(cè)和人機(jī)交互的各個(gè)領(lǐng)域帶來了變革性的進(jìn)步。機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步提供了更好的醫(yī)療保健、早期疾病檢測(cè)和個(gè)性化治療。此外，生物信號(hào)的潛力超越了診斷，為檢測(cè)情緒狀態(tài)或壓力水平提供了見解，并作為安全目的的生物識(shí)別器。進(jìn)一步的研究和技術(shù)進(jìn)步對(duì)于充分發(fā)揮這些集成技術(shù)的潛力并為醫(yī)療監(jiān)測(cè)和人機(jī)交互的新時(shí)代鋪平道路至關(guān)重要。

審核編輯：劉清