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皮肤集成无线可穿戴传感器如何改善婴儿健康结果

来源：幼儿乐育儿资讯网时间：2022年01月26日 21:40

原标题：皮肤集成无线可穿戴传感器如何改善婴儿健康结果

皮肤集成传感器如何改善婴儿健康结果

用于量化婴儿全身运动行为和生命体征的小型化无线、皮肤集成传感器网络

神经肌肉疾病可以定义为影响肌肉、神经和神经肌肉接头的获得性或遗传性疾病。诊断可能具有挑战性，但可穿戴医疗传感器的开发可能有助于早期检测。

尽管有数百种不同类型的神经肌肉疾病，其中许多具有与特定遗传原因相关的亚型，但一些最常见的类型包括肌营养不良症、脊髓性肌萎缩症 (SA)、Charcot-Marie-Tooth (CMT) 病、线粒体肌病和代谢性肌病。

早期发现幼儿神经肌肉疾病

有被诊断患有神经肌肉疾病的孩子的成年人通常会因为孩子的病情而承受经济和情感负担。

早期发现这些情况已被证明可以改善看护者的压力，并确保将适当的管理和服务纳入儿童的护理中。此外，在某些情况下，早期发现和随后开始治疗甚至可以减缓疾病进展并改善神经可塑性以促进患者。

尽管有这些优势，但仍有几个因素阻碍了幼儿神经肌肉疾病的早期发现。

事实上，研究估计，从父母第一次表达对孩子发育的担忧到最终诊断出杜氏肌营养不良症之间的平均时间约为两年。

例如，看护人的特点和其他社会经济因素会阻碍幼儿获得特殊服务。然而，导致诊断和治疗开始延迟的一个更重要的原因是与传统神经运动评估相关的限制。

目前的诊断方法

目前诊断幼儿神经肌肉疾病的方法始于神经运动评估，通常由受过专门训练的人员进行。

不幸的是，接触这些医疗保健专业人员的机会有限，因为他们通常只在三级医疗中心或专门设施中提供。除了需要靠近这些设施之外，这些访问通常非常昂贵，并且在提供超出定性洞察力的更多信息的能力方面受到限制。

除了收集有关儿童病史的信息、进行临床检查和获取儿童受影响解剖区域的影像，还可以采用几种替代策略来协助最终诊断。

这些包括脑电图 (EEG) 或肌电图 (EMG)。与这些技术相关的一些限制包括时间广泛的要求、对昂贵设备的需求以及它们在专业设施之外的有限可用性。

许多消费者还将使用的另一种方法包括成像平台，如现已停产的 Microsoft Kinect 和跟踪身体运动的类似系统。

尽管它们广泛可用，但这些方法缺乏充分监测新生儿和幼儿运动所需的精度和分辨率。

小型化、无线和皮肤集成传感器

仍然非常需要能够以高分辨率监测婴儿和幼儿的运动和生理健康指标的现成运动分析系统。为此，最近发表在PNAS杂志上的一项研究讨论了开发具有成本效益的小型化皮肤集成传感器无线网络，这些传感器可以数字化婴儿的运动和生命体征。

用于婴儿的小型化无线设备原型

CORB 传感器的薄、小型化几何形状、柔软的机械性能和无线操作能力有助于以最小的质量或机械负载轻轻地粘合到婴儿的敏感皮肤上。来自多个位置的连续、时间同步的传感产生关于身体运动的定量、精确数据。在一个有代表性的用例中，这些传感器测量安装在胸部、前额和四肢关键位置上的设备的三轴加速度和角速度，以捕捉全身运动的基本特征。该平台的功能图显示了硬件模块，包括每个设备的电源管理、蓝牙无线电、微控制器、内存和六轴惯性测量单元。从每个设备收集的数据包括同步的时间戳，以确保毫秒的相对计时精度。智能手机或桌面上的用户界面可以控制设备、捕获实时数据，并支持使用本地 PC 下载数据并进行 3D 运动重建。

柔性印刷电路板 (FPC) 平台的布局

用于 3D 运动重建的传感器配置和数据流的示意图和光学图像。( A ) 支持电源管理和电池保护SoC、4Gb NAND闪存、六轴惯性测量单元、蓝牙低功耗SoC和锂聚合物电池的柔性PCB示意图。( B ) 安装所有组件后（左）和折叠后（右）的 fPCB 光学图像。（比例尺，1 厘米。）（C）整个系统的图像，包括多个时间同步设备、充电器和智能手机上的用户界面。( D) 从左上臂 (LUA)、左下臂 (LLA)、右上臂 (RUA) 和右下臂 (RLA) 上的四个传感器获取的时间同步和归一化加速度计信号。红色箭头表示跳跃运动的时间。结果表明时间同步操作在 10 毫秒或更短的时间内。( E ) 运动重建算法流程图。的顶帧突出偏差校正，信号滤波，并且对于每个设备的时间同步的步骤。该中间帧显示来自三轴加速度计和动态的态度提取从三轴陀螺仪静止姿态提取。的底帧对应于传送所得数据送至ROS用于3D运动重建。

从传感器数据重建全身 3D 运动

在不同角度和方向的各种手臂和腿部运动期间从儿童受试者收集的代表性数据。( A ) 运动过程中的归一化加速度和陀螺仪数据。受试者跳跃（约 10 秒），将左右臂以 90°（约 19 秒）向前方抬起，以 135°（约 29 秒）和 90°（约 39 秒）向侧面抬起。（乙) 从这些运动数据中重建光学和 3D 图像。1：将左右手臂向上举起90°；2：左右手臂向侧面135°抬起；3：将左右手臂向侧面抬起90°；4：左臂上举30°，右腿前举90°；5：左右手臂分别向侧面45°和120°，右腿向侧面80°；和6：将左右臂向一侧抬起90°，左腿向一侧抬起30°。

研究团队设计的无线网络平台也被称为婴儿调节核心优化（CORB）。该平台的三个主要组件包括 CORB 传感器的集合、用于智能手机或平板电脑的定制应用程序，以及用于重建记录运动的一组算法。

该平台中的每个微型传感器都以时间协调和高度同步的方式运行，以记录来自三轴数字加速度计和陀螺仪的数据。重要的是，传感器之间的时间差小于一毫秒 (ms)，从而证明了这些传感器的同步性以及它们提供准确测量的能力。

与目前市场上最先进的动作捕捉传感器相比，CORB 传感器的厚度是其三倍以上，重量是其五倍，整体体积是其两倍。与这些商业化传感器相比，CORB 平台的另一个优势是它们能够监测运动，并提供对儿童心肺功能和体温的精确测量。

使用该系统监测的一些不同心血管功能包括心肺和发声、心率和呼吸频率，以及它们的周期间变异性估计。

在他们的研究中，研究人员总共使用了 10 个放置在模型婴儿身上的设备来评估全身运动。

这些传感器被放置在上臂和下臂的中部，以及大腿和小腿、胸部和前额的中部。

CORB 系统的小尺寸允许将传感器放置在身体高度受限的部位，而不会在使用传感器时对皮肤造成显著压力。

结论和未来展望

此处讨论的 CORB 平台是一系列柔软且轻便的无线传感器，可针对小至新生婴儿的儿童进行优化。

出于临床目的，从这些传感器获取的数据可以传输给来自世界各地的医疗保健专业人员并由他们进行评估，同时确保儿童结果的隐私。

尽管需要在健康受试者和患有神经肌肉疾病的儿童中使用传感器进行进一步的研究，但研究人员预计，这些初步数据支持在几乎任何环境中以及在发达国家和发展中国家使用该设备。返回搜狐，查看更多

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