基于傳感器的全集成可延展器件平臺(tái)用于喉部康復(fù)監(jiān)測(cè)

導(dǎo)讀

臨床上，喉部病癥的檢測(cè)與術(shù)后的康復(fù)評(píng)估通常依賴于X射線造影或者電子喉鏡來觀察喉部狀況，尤其對(duì)于食團(tuán)標(biāo)志物流速、容積率、吞咽節(jié)律等信息的監(jiān)測(cè)。通常受場(chǎng)景限制的X造影會(huì)導(dǎo)致病患和醫(yī)護(hù)長達(dá)30分鐘的射線輻射，而造價(jià)昂貴的（依賴進(jìn)口，單根逾3000元）電子喉鏡是侵入式的、極易造成患者的不適，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)過程中因?yàn)槔鏍罡C位置的肌肉閉合形成嚴(yán)重的視域遮蔽問題。

針對(duì)上述問題，近日，西安電子科技大學(xué)王衛(wèi)東教授、廈門大學(xué)高立波副教授、香港大學(xué)陸洋教授以及賓州州立大學(xué)程寰宇教授聯(lián)合唐都醫(yī)院耳鼻喉科主任趙大慶教授和第四軍醫(yī)大學(xué)張楊教授等多位合作者，報(bào)道了一種用于喉部康復(fù)監(jiān)測(cè)的具有傳感器內(nèi)自適應(yīng)機(jī)器學(xué)習(xí)能力的全集成且獨(dú)立可拉伸的器件平臺(tái)。成果以“A fully integrated, standalone stretchable device platform with in-sensor adaptive machine learning for rehabilitation”為題在國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然?通訊》(Nature Communications)上發(fā)表。西電機(jī)電工程學(xué)院徐洪成博士為論文第一作者，西安電子科技大學(xué)王衛(wèi)東教授、廈門大學(xué)高立波副教授、香港大學(xué)陸洋教授以及賓州州立大學(xué)程寰宇教授為論文的通訊作者，西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院為論文第一署名單位。

研究亮點(diǎn)

圖1 全集成獨(dú)立可延展的喉部集成器件平臺(tái)設(shè)計(jì)及原理示意圖

該平臺(tái)通過機(jī)電協(xié)同和一體集成設(shè)計(jì)賦予器件系統(tǒng)可延展性和電通路，利用混合集成制造技術(shù)將界面低阻抗且親膚的凝膠電極、三軸加速度傳感器以及可延展的信號(hào)采集/處理/無線通信電路集成到同一貼片器件，該器件表現(xiàn)出與皮膚貼合良好的機(jī)械順應(yīng)性（器件拉伸楊氏模量E=89.5 kPa）、優(yōu)越的拉伸能力（~30%），并且由于具有喉部肌肉電、振動(dòng)信號(hào)無線采集的能力，可以貼附與喉部實(shí)現(xiàn)對(duì)吞咽、發(fā)聲、咳嗽、飲水、心臟節(jié)律和胸腔擴(kuò)張等多種皮上原位信號(hào)的獲取，結(jié)合基于機(jī)器學(xué)習(xí)的類二維卷積提取器對(duì)喉部13種原始一維特征的二維訓(xùn)練，可以在新的受試者中仍能實(shí)現(xiàn)90%以上的特征識(shí)別自適應(yīng)能力。由于該器件平臺(tái)優(yōu)秀的柔軟性和無線多模采集能力，在臨床上對(duì)肌無力患者和喉癌術(shù)后患者進(jìn)行了喉部的貼附測(cè)量，相較于醫(yī)護(hù)人員憑借電子喉鏡的視覺觀察結(jié)果，該平臺(tái)同樣對(duì)患者標(biāo)志物節(jié)律和誤吸情況都有清晰的動(dòng)態(tài)俘獲，表現(xiàn)出其潛在的應(yīng)用價(jià)值。

總結(jié)與展望

未來，該研究團(tuán)隊(duì)將對(duì)此項(xiàng)技術(shù)開展深入研究，并將該器件平臺(tái)作為醫(yī)療器械推向臨床應(yīng)用，為咽喉功能障礙患者，如咽喉癌術(shù)后療效及功能評(píng)估，甚至漸凍癥患者發(fā)聲提供便捷有效的技術(shù)手段。

審核編輯：劉清