研究一种智能紧凑型可穿戴压力-应变复合传感器系统,用于持续监测胎儿运动

胎动是胎儿神经系统和肌肉骨骼系统发育良好的重要信号,但约 15% 的孕妇会出现胎动减少,这常与胎儿死亡或死产相关。健康胎儿通常每 3040 分钟在活跃与安静之间循环,而胎儿在宫内受损时会减少运动以节省氧气,这一变化可能早于死产出现。因此,准确识别胎动模式十分关键。但目前常用的监测方式仍较有限:最常用的方法依靠孕妇自行感知,但研究显示,大约四成胎动其实不会被察觉;超声虽然能直观观察到胎动,却必须依赖专业人员操作,且只能在医院内进行;胎心监护设备体积较大,需要绑带固定、操作和解读也需专业经验,因此一般仅用于高危妊娠。可以说,真正便捷、客观、适合日常使用的胎动监测技术至今仍是临床上的空白。

近几年的研究提出了一些新的胎动监测方式,包括利用压电传感器检测胎动引起的压力变化、用微机械声学传感器捕捉胎动产生的微振动,以及通过加速度计监测孕妇腹部的位移。然而,这些方法普遍存在信号干扰严重的问题,例如环境噪声和震动会掩盖胎儿本身的信号;加速度计难以区分母体运动与胎动,且对佩戴位置要求严格,否则准确性会明显下降。此外,这类可穿戴设备多需搭配面积较大的绑带,佩戴舒适度较差,限制了其日常使用性。

本研究提出了一种由人工智能驱动的、创可贴式可穿戴压力—应变复合传感系统,可连续、准确地捕捉胎动引起的母体腹部皮肤微小位移。研究设计的八边形金纳米线薄膜作为全方向应变传感器,在二维与三维仿生腹部模型中分别覆盖约 77 217 cm² 的检测范围;相比之下,压力传感器虽具有更高的局部检测精度,但有效范围较小,仅约 13 38 cm²。基于两类传感器的特性,本研究进一步研制了厚度约 3 mm面积 1014 cm²重量约 3 g 的高度集成创可贴式贴片。在 59 名孕妇的测试中,仅通过两个贴片即可采集数据,并利用机器学习模型实现了超过 90% 的胎动识别准确率(辅以超声为验证)。这种智能化、轻便且佩戴舒适的贴片式传感系统,展现出在院外开展连续胎动监测的应用潜力。

来源:传感器专家网


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