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清华冯雪研究组:这片又薄又柔的“创可贴”可以实时监测血压/血氧,达到医疗级标准


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)在线发表文章,报道了一种可抑制运动噪声的类皮肤可穿戴连续血压监测系统。该系统借助柔性超薄光电传感器件与电路,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,为解决血压和血氧长期动态监测提供了一条新途径,并为远程医学监测提供医疗级硬件支持。


心血管疾病是威胁现代人健康和生命的重大隐患。据世界卫生组织(WHO)估计,每年大约有1790万人死于心血管疾病,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。该方法需要气泵及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,在便利性以及连续测量等关键问题上仍未突破。


针对上述问题,冯雪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类皮肤光电子器件。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,从而测量出人体的血压变化。


类皮肤连续血压监测系统示意图


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器件的血压测量模型,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测量。


该柔性电子系统仅需贴附在手腕处,便可连续测量人体血压和血氧,并通过集成的蓝牙芯片将测量值实时传输到智能手机等终端。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,能够达到医疗级监测标准,具有重要的临床应用价值。


类皮肤血压监测器件实物图


清华大学冯雪课题组长期致力于可延展/超柔性等超常规微器件与大规模集成技术的研究,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Science Advances、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Journal of the Mechanics and Physics of Solids等期刊中发表一系列高水平论文。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。


论文信息

Wearable skin-like optoelectronic systems with suppression of motion artifact for cuff-less continuous blood pressure monitor.

http://doi.org/10.1093/nsr/nwaa022



信息来源 | 国家科学评论