美國俄亥俄州立大學(xué)（Ohio State University，OSU）的研究人員制造了首個用于檢測和監(jiān)測人體肌肉萎縮的可穿戴健康傳感器。

可穿戴健康傳感器旨在幫助肌肉萎縮患者以更方便的方式監(jiān)測自身的健康狀況

目前，醫(yī)生依靠磁共振成像（MRI）來評估肌肉萎縮患者的肌肉尺寸和體積，進而判別患者的肌肉萎縮是否有進一步惡化的跡象，但是頻繁的檢測不僅耗時且成本高昂。據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，俄亥俄州立大學(xué)的研究人員在《IEEE生物醫(yī)學(xué)工程匯刊》（IEEE Transactions on Biomedical Engineering）期刊上發(fā)表了一項新研究文章，提出由導(dǎo)電“e-threads”制成的電磁傳感器可作為頻繁的磁共振成像監(jiān)測的替代方案。

該研究團隊制作了3D打印的肢體模具，用碎牛肉填充，以模擬一個中等身材的人類受試者的小腿組織。研究結(jié)果表明，他們能夠證明該可穿戴健康傳感器可以測量肢體整體尺寸的小規(guī)模體積變化，并可監(jiān)測高達51%的肌肉損失。

該文章的主要作者Allyanna Rice（以下簡稱“Rice”）說：“理想情況下，我們開發(fā)的可穿戴健康傳感器可被醫(yī)療保健提供者用來為患者實施定制性治療計劃，減輕患者自身的負(fù)擔(dān)。”

該文章展示了目前已知的首個使用可穿戴設(shè)備監(jiān)測肌肉萎縮的研究工作，它建立在Rice之前為美國國家航空航天局（NASA）制造健康傳感器的研究基礎(chǔ)上。美國國家航空航天局對以多種方式監(jiān)測宇航員的健康狀況非常感興趣。

她說：“該可穿戴健康傳感器可在沒有醫(yī)療專業(yè)人員幫助的情況下，跟蹤執(zhí)行長期任務(wù)的宇航員或居家患者的健康狀況?！?/p>

Rice和合著者Asimiia Kiourti設(shè)計了該裝置，其通過兩個線圈和一個由e-threads制成的導(dǎo)體來工作，e-threads以獨特的“Z”字形圖案沿著織物運行。

Rice說，盡管產(chǎn)品最終類似于血壓袖帶，但最初的挑戰(zhàn)是找到一種允許大范圍改變傳感器環(huán)形線路尺寸，使其能夠適應(yīng)大部分人群的模式。

她接著說：“當(dāng)我們第一次提出該可穿戴健康傳感器時，并沒有意識到需要一種可拉伸的材料，直到我們意識到人體四肢會不斷活動。我們需要一款可以變化和彎曲的傳感器，但它同時需要保持一定的形狀?！?/p>

盡管這種可穿戴設(shè)備還需要幾年時間才能實現(xiàn)，但研究指出，下一個重大飛躍很可能是將此類設(shè)備連接到移動端應(yīng)用程序（app）。此外，Rice還期待著將此類傳感器與其它類型的設(shè)備相結(jié)合，以檢測和監(jiān)測健康問題，例如作為骨質(zhì)流失的檢測工具。

Rice說：“未來，我們希望在該可穿戴設(shè)備上集成更多的傳感器，甚至更多的功能。”

以下為Rice接受“美國國家航空航天局科技簡報（Tech Briefs）”采訪時的精簡內(nèi)容。

科技簡報：是什么激發(fā)了你們的研究熱情？

Rice：我們的工作得到了美國國家航空航天局空間技術(shù)研究生研究機會獎學(xué)金（Space Technology Graduate Research Opportunities）的資助。最初，我們專注于為宇航員在長時間太空旅行中面臨的各種健康問題尋找解決方案。由于微重力環(huán)境，宇航員在執(zhí)行任務(wù)的這段較短期間內(nèi)會經(jīng)歷明顯的肌肉萎縮。

我們的目標(biāo)是設(shè)計一款輕巧、便攜、可穿戴的健康傳感器，用于經(jīng)常性監(jiān)測人體肌肉萎縮。當(dāng)然，肌肉萎縮也發(fā)生在地球上患有各種疾病的患者身上，包括癌癥、衰老、神經(jīng)紊亂或長期住在重癥監(jiān)護室（ICU）的患者。因此，我們的目標(biāo)是開發(fā)一款適合大多數(shù)普通人群和幾個特定用例的傳感器。

技術(shù)簡報：你們面臨的最大的技術(shù)挑戰(zhàn)是什么？

Rice：最大的挑戰(zhàn)是如何制造一款具有高拉伸率的傳感器。可拉伸電子器件和導(dǎo)體是一個新興領(lǐng)域，通常依賴于基于液體或油墨的材料。我們希望使用導(dǎo)電線（e-thread），因為它們無拼接縫，對用戶來說更耐磨，然而，e-thread是剛性的，無法自行拉伸。因此，我們設(shè)計了一種新的“Z”字形拼接模式，在氨綸材料上使用e-threads，使拉伸率達到43%。

技術(shù)簡報：您能簡單地解釋一下這項技術(shù)是如何開展的嗎？

Rice：該系統(tǒng)由兩個線圈組成：發(fā)射器（TX）和接收器（RX）。我們在發(fā)射線圈上施加時變電流，從而在發(fā)射線圈上產(chǎn)生磁通量。然后在接收線圈上感應(yīng)出磁通量，這個磁通量在接收線圈中產(chǎn)生我們可以測量的感應(yīng)電壓。

感應(yīng)磁通量取決于線圈的橫截面積。因此，隨著肢體周長的增加，接收線圈上的總磁通量和電壓也會增加。e-threads是傳導(dǎo)電流裝置的“電線”，我們采用的“Z”字形拼接模式有助于“電線”的拉伸性。

技術(shù)簡報：你們對接下來的工作/研究有什么計劃嗎？下一步的計劃是什么？

Rice：我們希望將用于肌肉萎縮監(jiān)測的傳感器與其它可穿戴、多模態(tài)傳感、成像和監(jiān)測傳感器結(jié)合起來。我們正在開發(fā)基于天線和微波技術(shù)的附加傳感器。為了改進用于肌肉萎縮監(jiān)測的傳感器，還有更多的工作要做，包括增加額外的線圈以提高準(zhǔn)確性和分辨率，結(jié)合更具體的人體生理學(xué)，以及取代笨重的臺式測量設(shè)備等。

技術(shù)簡報：對于想要實現(xiàn)自己想法的工程師，您有什么建議嗎？

Rice：不要害怕大膽的設(shè)想，去追求每一個有趣的夢想。此外，在最終成功到來之前，要經(jīng)歷多次嘗試、錯誤和失敗。

編輯：峰會

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