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航院冯雪课题组在类皮肤光电器件及连续血压监测方面取得突破

发布时间:2020-04-17 17:50:00

近日,清华大学航天航空学院、柔性电子技术研究中心冯雪教授课题组在《国家科学评论》(National Science Review)在线发表了题为“可抑制运动噪声的类皮肤可穿戴连续血压监测系统”(Wearable skin-like optoelectronic systems with suppression of motion artifact for cuff-less continuous blood pressure monitor)的论文,描述了课题组制备的一种柔性超薄光电传感器件与电路系统,能够自然贴附在人体皮肤上实现医学意义上的连续血压和血氧测量,并实时无线传输数据到智能设备终端。该系统利用类皮肤可延展传感技术建立了新型连续血压测量方案,为解决血压和血氧长期动态监测提供了一条新途径。同时,此类柔性可穿戴设备是远程医疗的重要突破,能够为远程监测提供医疗级硬件,解决精准医疗数据远程获取难题。

类皮肤连续血压监测系统示意图

心血管疾病及其相关并发症已经成为威胁人类生命和健康的重大隐患。根据世界卫生组织(WHO)估计,每年大约有1790万人死于心血管相关疾病,占全球死亡总数的31%。目前,最常用的血压测量方案为袖带加压法。该方法需要袖带捆绑在人体手腕或手臂处,测量过程不方便,也无法实现连续血压监测,影响个人的生活质量和自我监测长期依从性,在便利性及连续测量等关键问题上仍未突破。

类皮肤血压监测器件实物图

针对上述问题,冯雪教授课题组发展了基于光学原理的血压监测方案,利用生物兼容性材料制备了可以与人体自然共形贴附的光电系统。通过测量血液对不同波长的光波吸收情况,判断血液的容积和流速变化,从而测量出血氧和血压值。

冯雪课题组结合多年的力学研究基础和可延展柔性电子器件设计经验,通过虚功原理建立了专门应用于柔性光电子系统的血压测量模型,并提出了基于多波长测量的光路差分方法,用来抑制由人体活动等带来的噪声干扰,从而精确测量脉搏波播速,实现连续血压的精确监测并动态实时传输到智能终端。临床试验表明,与有创连续血压测量相比,该类皮肤血压监测系统测量的血压值绝对误差小于10 mmHg,具有重要的临床应用价值。

清华大学冯雪课题组长期致力于研究可延展/超柔性等超常规微器件与大规模集成技术,所发展的柔性电子技术应用于健康医疗、智能感知及重大装备,近年来在《科学进展》(Science Advances)、《先进材料》(Advanced Materials)、《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)、《力学和固体物理学期刊》(Journal of the Mechanics and Physics of Solids)等期刊发表一系列高水平论文。

清华大学航天航空学院、柔性电子技术研究中心李海成博士为文章第一作者,冯雪教授为论文通讯作者,参与该工作的还有北京清华长庚医院许媛主任团队。该项研究得到了国家重点基础研究发展计划(973计划)、国家自然科学基金等的资助。

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