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我院董树荣团队多学科交叉研究获得成果:精确瞄准每一块目标肌肉测量的可延展电子设计新方法

编辑: 日期:2021-06-02 访问次数:128

创新点:

信电学院智能传感所董树荣团队与浙大医学院附属妇产科医院谢臻蔚团队经过两年合作,开发了全新的可延展电子设计方法及对应的表面肌电分析方法,新方法结合了盆底肌肉和柔性集成的设计思路,开发了新式气囊型柔性电极及其适配的评估手段,实现对结构复杂的女性盆底肌电的精准采集及对重点肌肉全方位、多特性、立体化的分析。

正文:

电生理信号蕴藏着许多细节,能够准确反映人体生理秘密。可延展电子的力学兼容性和生物适应性使其在适配人体时,人们可以感受到极致的舒适性,就像穿上了衣服一样简单。如何早日实现面向临床的精准诊疗应用,使可延展电子设计方法能在适合人体生理特性的同时稳定精准测量生物电信号?新时代赌城网址医学院附属妇产科医院谢臻蔚团队和信电学院智能传感所董树荣团队展开合作,结合医学、力学与电生理技术,将可延展电子与充气式装置结合,联合提出了一种全新的可延展电子设备设计方法及对应的表面肌电分析方法,并在人体最复杂的盆底肌群PFM获得验证。这一研究刊发在Advanced Science20215月刊。论文第一作者王声铭是董树荣的博士生。有关成果在浙江省重点项目的支持下,已经开展多中心临床验证一年多,目前已经产业化阶段,成果已经申请国际PCT专利保护。项目实施以来得到了信电学院领导的大力支持。

精确与稳定:兼而有之

表面肌电信号(sEMG)是浅层肌肉肌电信号和神经干上电活动在皮肤表面的综合效应,在临床医学、康复医学等方面均有重要的实用价值。可延展电子在医学研究领域应用时,可用于评估复杂肌肉,为临床诊断和治疗提供支持。目前,在生理电信号与可延展电子结合的应用过程中,肌肉的蠕动常常引起不稳定的信号采集接触界以及检测点位的变化,这导致目前的电生理信号质量的降低,其与疾病之间关系不明确,预想中精确到病理分析也遇到了技术瓶颈。

研究团队将可延展电子柔性集成与生理解剖学设计有机结合,研发的设备能提供稳定的接触界面并保持电生理信号的精确性,为新型可延展电子与临床医疗队结合提供了新思路。主要创新点包括:(1)研制全新的新型气囊电极探头ASEA,将大量可延展电极集成于充气式气囊表面,通过医学手段结合生理解剖学追踪动作过程的肌肉移动动态过程,设计电极对及特定屈曲布线,使每一个电极点“精确制导”一一对应重点的目标肌肉,实现女性盆底24块肌肉6大肌群肌电的精准采集,并可以针对性的电刺激,如图1;(2)考虑到目前临床应用的生物电评估方法较为简单粗糙,受益于ASEA提供的高质量生物电信号,团队进一步设计了一种精准科学的肌肉单位评估方法(MUEM),该方法以肌肉的多功能特性为出发点,对目标肌肉进行全面的交互评估,找寻肌肉在某些特定运动中的联系。 临床试验表明,MUEM成功揭示了不同情况下肌肉的特异性(如图2所示),这为病理机理的分析打下夯实的基础。研究成果不仅为盆底康复提供了全新的精准的评价技术、靶向治疗技术等,是具有变革性的新型精准诊疗技术,而且为可延展电子技术在诊疗技术领域应用提供了崭新的设计思路。

1:基于力学与生理肌肉解剖学将充气式气囊与可延展电子结合的设计理念

2:探头检测到的精确PFM不同肌肉的二维热力图展示

 

论文信息:

Physiology‐Based Stretchable Electronics Design Method for Accurate Surface Electromyography Evaluation

Shengming Wang, Shurong Dong, Wenjuan Li, Jin Cen, Huimin Zhu, Congyi Fu, Hao Jin, Yucong Li, Xue Feng, Jikui Luo, Zhenwei Xie

Advanced Science

DOI: 10.1002/advs.202004987

原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202004987


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