用于手勢識別和臨床手功能康復(fù)的表皮肌電傳感器系統(tǒng)研究

卒中作為導(dǎo)致長期殘疾的主要原因之一，75％卒中患者會出現(xiàn)手部功能運動障礙。然而，為確?，F(xiàn)有臨床表面肌電圖（sEMG）傳感器的皮膚－傳感器界面接觸穩(wěn)定，需要過度施壓和使用醫(yī)用膠帶，存在潛在皮膚損傷及過敏風(fēng)險。皮膚－傳感器界面不穩(wěn)定也會導(dǎo)致干擾引入與信噪比（SNR）下降。因此，如何研究設(shè)計低成本低損耗的表皮sEMG傳感器系統(tǒng)，為臨床卒中患者提供一種定量、精準(zhǔn)、系統(tǒng)、科學(xué)的監(jiān)測手段已成為柔性電子生理信號監(jiān)測領(lǐng)域的一個重要研究方向。

近期，蘇州醫(yī)工所楊洪波研究員團隊和賓夕法尼亞州立大學(xué)程寰宇團隊共同報告了一種用于手勢識別和臨床手功能康復(fù)的共形、可延展、透氣、生物兼容的表皮肌電傳感器系統(tǒng)（圖1）。該傳感器優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，相較于傳統(tǒng)蛇形結(jié)構(gòu)設(shè)計，信噪比從18.89dB提高到29.15dB，極大地改善了sEMG采集質(zhì)量（圖2a－c）；引入2種激光制造技術(shù)，實現(xiàn)傳感器的低成本透氣制造，透氣性處理后水蒸氣透過率提升6倍；集成自研柔性采集電路，實現(xiàn)8通道sEMG實時監(jiān)測（圖2d，e）；分別結(jié)合二維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與近紅外分析手段，實現(xiàn)高精度手勢識別與卒中手功能康復(fù)臨床概念驗證。

圖1 用于手勢識別和臨床手功能康復(fù)的共形、可延展、透氣、生物兼容的表皮肌電傳感器系統(tǒng)示意圖

圖2 表皮肌電傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝制備與集成示意圖

該研究成果以“Conformal, stretchable, breathable, wireless epidermal surface electromyography sensor system for hand gesture recognition and rehabilitation of stroke hand function”為題發(fā)表于期刊Materials＆Design。碩士研究生楊科榮為第一作者，楊洪波研究員、郭凱副研究員、張森浩博士后和程寰宇教授為共同通訊作者。該研究獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然基金（青年）等資助。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.113029