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  隨著社會(huì)的老齡化發(fā)展和人們對心血管健康的日益關(guān)注，人們對適合日常生活中長期穿戴的更舒適的心電監(jiān)測系統(tǒng)的需求越來越大。如果該系統(tǒng)能夠像一位醫(yī)生一樣實(shí)時(shí)監(jiān)測并診斷佩戴者心血管狀況，及時(shí)提供個(gè)性化的建議，將很有利于促進(jìn)日常個(gè)人心血管健康監(jiān)護(hù)，緩解醫(yī)療資源失衡的壓力。

 圖1 類似“隨身醫(yī)生”的可穿戴智能心電監(jiān)測系統(tǒng)

  面向日常生活中長期高舒適心電監(jiān)測需求，清華大學(xué)任天令教授團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了一種基于MXene-聚氨酯網(wǎng)的多功能、透氣、穿戴幾乎無感的電子皮膚（MPM E-Skin）。當(dāng)用作心電電極時(shí)，電子皮膚具有很低的電極-皮膚接觸阻抗，高信噪比，高透氣性。當(dāng)用作應(yīng)變傳感器時(shí)，電子皮膚具有較大的應(yīng)變測量范圍和獨(dú)特的分段靈敏特性，既適合檢測脈搏、聲音等小應(yīng)變生理信號，也適合監(jiān)測關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)等大應(yīng)變生理信號。更重要的是，通過將MPM電子皮膚與柔性心電處理電路、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)&長-短期記憶網(wǎng)絡(luò)（CNN&LSTM）融合智能心電算法相結(jié)合，獲得的可穿戴智能心電電子皮膚系統(tǒng)可至少實(shí)現(xiàn)連續(xù)12小時(shí)的十二導(dǎo)聯(lián)心電信號實(shí)時(shí)監(jiān)測和處理，系統(tǒng)對四種心律失常的診斷準(zhǔn)確率超過99%。這些結(jié)果表明，MPM電子皮膚在多功能智能醫(yī)療系統(tǒng)中具有巨大的潛力。特別本工作初步實(shí)現(xiàn)了一種類似于“隨身醫(yī)生”的可穿戴智能心電系統(tǒng)，有望用于日常長期的心血管健康監(jiān)測。 

圖2 MPM電子皮膚的制備方法與表征

  與之前報(bào)道的可穿戴電子皮膚相比，本工作具有以下特點(diǎn):

  1. 實(shí)現(xiàn)了一種適合日常長期健康監(jiān)測的多功能、透氣的MPM電子皮膚。MPM電子皮膚基于Ti₃C₂ MXene和靜電紡絲PU纖維組成的創(chuàng)新性的雙層導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，具有良好的電學(xué)和機(jī)械性能，且其透氣舒適，適合長期穿戴。當(dāng)用作心電電極時(shí)，電子皮膚具有低電極-皮膚接觸阻抗（1 kHz時(shí)4.68 kΩ），高信噪比（16.5 dB），高透氣性（2.1838 kg/m²/day），至少可連續(xù)佩戴7天。電子皮膚用作多功能應(yīng)變傳感器時(shí)，其測量范圍大（>40%），具有獨(dú)特的分段靈敏度（GF=172.54（0~18.64%），GF=79.38（18.64~50%）），既適合檢測心跳、聲帶振動(dòng)等微弱的生理信號，也適合檢測人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)等大應(yīng)變生理信號。 

圖3 MPM電子皮膚應(yīng)用于多樣化生理信號監(jiān)測

圖4 MPM電子皮膚的雙層導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)及基于其所構(gòu)建的可穿戴十二導(dǎo)聯(lián)智能心電監(jiān)測系統(tǒng)

圖5智能心電監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)十二導(dǎo)聯(lián)心電信號“采集-傳輸-智能診斷”

  基于高性能納米材料和先進(jìn)的可穿戴系統(tǒng)集成方法，團(tuán)隊(duì)展示了一種柔性、舒適、透氣的MPM電子皮膚，可用于日常生活中長期生理信號監(jiān)測和診斷。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了“隨身醫(yī)生”式的智能可穿戴心電系統(tǒng)，其具有完整的心電“監(jiān)測-傳輸-智能診斷”能力，適合日常自主穿戴，隨時(shí)隨地地進(jìn)行無感化健康監(jiān)測。本工作有望為開發(fā)真正適合日常長期穿戴的新型可穿戴健康監(jiān)測設(shè)備提供啟示。

  上述相關(guān)成果以“Multifunctional, Breathable MXene-PU Mesh Electronic Skin for Wearable Intelligent 12-lead ECG Monitoring System”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上論文通訊作者為清華大學(xué)集成電路學(xué)院任天令教授和楊軼副教授、北京信息科學(xué)與技術(shù)國家研究中心劉厚方助理研究員，清華大學(xué)集成電路學(xué)院2019級博士生崔天睿、2021屆博士喬彥聰、2021級博士生李鼎、2021屆碩士黃瀟睿為共同第一作者。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140690