蚕丝基柔性可穿戴传感器在人体健康监测中的研究进展

传感器是智能可穿戴器件的关键组成部分之一,通过信号转换机制能够全天候、实时连续采集人体生命体征和生理信息,被广泛应用于实时健康监测、医疗诊断及科学化运动训练领域。蚕丝材料具有易再生成型、富含功能化基团、结构可控及生物相容等特点,被广泛研究并应用在柔性可穿戴传感器中。本文结合蚕丝的组成、结构与性能特点,聚焦蚕丝基可穿戴传感器的构筑及在健康监测领域的应用,围绕其构筑方法及应用领域,系统地阐述了蚕丝基柔性可穿戴传感器的研究进展,并对蚕丝基可穿戴传感器面临的挑战和未来的发展趋势进行了探讨。

一款基于可穿戴传感器的便携式步态检测系统的信效度研究

目的验证一款基于可穿戴传感器的便携式Right Gait&Posture?步态检测系统的信度和效度。方法江苏钟山老年康复医院于2023年8—11月招募36例健康受试者,由2名受过培训的评估者采用Right Gait&Posture?步态检测系统对每位受试者进行3次步态检测,评估者1完成第1次和第2次测试,评估者2完成第3次测试,所有测试均在同一天内完成。记录步态周期、摆动相占比、支撑相占比、步速、步频、步幅、足偏角、着地角度、着地内翻角度和蹬离角度等步态参数。采用组内相关系数(ICC)计算测试者间信度和重复测试的相对信度;采用测量标准误(SEM)和最小真正改变量(MDC)作为重复测试的绝对信度。以视频步态分析法作为对照,采用Bland-Altman法计算95%一致性界限,分析Right Gait&Posture?系统检测步态周期、摆动相占比、支撑相占比和步速4项步态参数的效度。结果(1)测试者间信度:2名评估者间步态周期、摆动相占比、支撑相占比、步速、步频、步幅、着地角度、着地内翻角度、蹬离角度和足偏角的ICC值为0.901~0.981。(2)重复测试信度:同一个评估者2次测试间的步态周期、摆动相占比、支撑相占比、步速、步频、步幅、着地角度、着地内翻角度、蹬离角度和足偏角ICC值为0.822~0.983。各项步态参数SEM和SEM%值分别为0.02~2.17和0.49%~13.83%,MDC和MDC%值分别为0.06~6.02和1.37%~38.34%。(3)效度分析:BlandAltman图显示步态周期、摆动相占比、支撑相占比和步速的绝对误差平均值和95%CI分别为0.003 s,(-0.059,0.064);0.756%,(-3.048,4.560);-0.756%,(-4.560,3.048);-0.001 m/s,(-0.155,0.152)。结论Right Gait&Posture?系统在时空参数和踝关节运动学参数方面具有较好信度;在步态周期、摆动相占比、支撑相占比和步速方面具有较高效度,值得临床推广应用。

离子凝胶可穿戴传感器研究与应用进展

离子凝胶可穿戴传感器具有高灵敏度、快响应性以及极好耐用性等独特优势,这类传感器将受刺激过程中的载荷信号转化为电信号输出到智能端从而达到人机交互,用来智能监测人体各类活动状态,如日常状态、运动状态和健康状态等。也能复合各类电子元件,在诸多领域得以广泛应用,如智能电池、压力传感器、人体组织工程、医疗器械和药物制备等。文章综述离子凝胶可穿戴传感器研究进展,并结合应用实例讨论该类传感器在传感基材或工艺方面优缺点,最后从为大数据时代提供辅助信息角度出发,提出离子凝胶可穿戴传感器未来将要面对的挑战,并对其进行展望。

凝胶复合材料柔性可穿戴传感器研究

水凝胶和离子凝胶具有高可拉伸性和优异透明度,是一种理想柔性传感器制备原料,与导电材料复合后导电性能大大提高。凝胶复合材料具有较强形状可塑性,可通过改变表面微结构提高传感器件灵敏度。综述水凝胶和离子凝胶及复合材料研究现状,列举其在柔性可穿戴力学传感器、电化学生物传感器及温、湿度传感器等方面的应用,为后续在柔性通信设备、生物医疗监护等领域的应用提供参考。

导电水凝胶在柔性可穿戴传感器的应用研究进展

目的概述导电水凝胶在柔性可穿戴传感器方面的研究情况,挖掘其作为传感器件的应用潜能。方法查阅大量相关的文献,对导电水凝胶在柔性可穿戴传感领域的最新进展进行归纳与总结。按水凝胶网络分类的4种导电水凝胶,总结归纳其设计、合成、结构和潜在应用。讨论导电水凝胶的导电性、力学性能、黏附性、防冻性能、自愈性能和各式响应性等功能性能的影响因素,总结自黏性、防冻性、自修复和其他多种优秀性能的柔性可穿戴传感器。结论导电水凝胶是一种具有多功能的独特刺激响应性的功能材料,在柔性可穿戴传感领域进行深入探究具有重大意义。

柔性锌离子电池在可穿戴传感器中的应用研究进展

可穿戴传感器在运动、医学、康复等多个领域的应用极大地方便了对人体运动指标信号的捕捉和监测,有效避免了运动损伤,降低了就医频率甚至挽救了许多生命。随着可穿戴传感器的应用和普及,与之适配的柔性能源供应系统成为其发展的关键。近年来研究者们基于不同的能量释放方式,研究和设计了多种柔性能源供应系统,其中柔性锌离子电池以其高能量密度、高弹性模量、高循环稳定性和高安全性在众多供能体系中脱颖而出,成为可穿戴传感器最具潜力的柔性能源供应系统之一。本文综述了柔性锌离子电池近年来在可穿戴传感器方面的研究进展,主要介绍和总结了电池各组件(集流体、电极(正极、负极)、隔膜、电解质、封装)的材料类型、特点以及与可穿戴传感器集成的应用情况,最后讨论了柔性锌离子电池目前面临的问题和挑战。

PVDF/BaTiO_(3)纳米纤维膜制备可穿戴传感器用于运动监测

以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮为溶剂,制备聚偏氟乙烯(PVDF)溶液,并研究不同溶液对静电纺丝行为和纳米纤维结构的影响。采用静电纺丝技术,利用具有铁电性能的钛酸钡纳米颗粒(BaTiO_(3)NPs)作为无机填料,制备了PVDF/BTO纳米复合纤维膜,以提高PVDF的压电性能。通过调整掺杂比例,发现当BTO掺杂比例为15%时,制备的PVDF/BTO复合纤维薄膜具有良好的压电输出性能。最后,以PVDF/BTO复合纤维薄膜为核心材料,使用铜作为电极,并采用PDMS进行封装,制备了能够识别不同人体运动的压电传感装置,可作为穿戴式传感器对人体运动进行实时监测。

柔性可穿戴传感器用于心血管疾病监测的研究进展

心血管疾病在我国的发病率和死亡率均处首位,并且呈现持续上升和年轻化的趋势,已成为重大的公共卫生问题。近年来,柔性电子技术在医疗健康领域得到广泛应用,为多种疾病的早期诊断和精细管理提供了新的途径。尤其是对于具有急起病、常复发、易隐匿等特点的心血管疾病,柔性电子技术能够显著提高可穿戴传感器的佩戴舒适性和监测准确性。结合柔性电子和可穿戴传感器的发展趋势,在介绍可穿戴心血管传感技术分类和原理的基础上,综述其在监测心率、血压、血流、血氧饱和度等心血管疾病重要指标的研究进展,探讨柔性可穿戴传感器在心血管诊疗领域所面临的挑战和需要解决的问题,并展望了相应的发展方向。

可穿戴传感器测量4-5岁学龄前儿童平衡的重测信度与测量误差研究

目的:基于多项指标探索可穿戴传感器测量学龄前儿童平衡的重测信度与测量误差,并筛选出相对优秀指标。方法:抽取34例4—5岁学龄前儿童,将传感器佩戴在第五腰椎位置测量两次。测试项目:①睁眼双脚站立;②闭眼双脚站立;③睁眼海绵上双脚站立;④闭眼海绵上双脚站立;⑤走平衡木。静态平衡提取加速度模值标准差(f-SD)、角速度模值标准差(ω-SD)、角速度模值均值(ω-M)3个指标,动态平衡提取f-SD、ω-SD、ω-M、f-SD·TIME、ω-SD·TIME、ω-M·TIME 6个指标,计算所有指标的组内相关系数(ICC)并制作Bland-Altman图。结果:静态平衡测量时,ω-M指标优于f-SD与ω-SD指标,其ICC为0.59—0.88(P<0.01),重测信度中等至良好。动态平衡测量时,ω-M与ω-M·TIME指标优于其他指标,ICC分别为0.84(P<0.001)与0.81(P<0.001),重测信度均为良好。根据Bland-Altman图,静态平衡测量基于ω-M指标时测量误差较低,动态平衡测量基于ω-M与ω-M·TIME指标时测量误差较低。结论:可穿戴传感器测量4—5岁学龄前儿童的平衡能力时,基于ω-M指标的重测信度较好,测量误差较低。

激光诱导石墨烯柔性可穿戴传感器的研究进展

柔性可穿戴传感器因柔软轻便、延展性强且可用于健康管理、环境监测、食品检测、储能器件等领域而备受关注,基于激光诱导石墨烯的柔性可穿戴传感器克服了传统可穿戴设备的不足,其制备过程具有单步原位制备、绿色环保、低成本等优势,符合新型便携式/可穿戴电子产品向着智能化、微型化、高集成度、柔性化方向发展的趋势,具有良好的发展前景。本文首先阐述了石墨烯的传统制备工艺与激光诱导石墨烯的优缺点;然后分析了碳前体、激光器类型、激光参数、掺杂改性等影响因素对激光诱导石墨烯的结构和性能的影响;接着介绍了激光诱导石墨烯在柔性应变传感器、柔性生理传感器、柔性化学传感器等方面的应用研究;最后,对其应用前景进行了展望。

用于可穿戴传感器的双网络水凝胶研究进展

简要概述了双网络(DN)水凝胶的形成和结构,并按功能将DN水凝胶传感器分类,着重阐述了自愈型、防冻型和自黏型DN水凝胶传感器的性质、特点和研究进展,总结了用于可穿戴传感器的DN水凝胶所面临的挑战和未来的研究趋势。

基于可穿戴传感器的人体活动识别研究综述

人体活动识别(HAR)在医疗、安全、娱乐等方面有着广泛的应用。随着传感器器件的发展,各类能准确采集人体行为活动数据的传感器在手环、手表、手机等可穿戴设备上得到了广泛使用,相比基于视频图像的行为识别方法,基于传感器的行为识别具有成本低、灵活、可移植性好的特点,因此,基于可穿戴传感器的人体活动识别研究成为行为识别中的研究热点。介绍了人体活动识别研究中原始数据采集、特征提取、特征选择以及分类方法,对识别流程中每一部分常用的技术以及研究现状进行了综述总结,最后分析人体活动识别研究当前存在的主要问题并展望了今后可能的研究方向。

基于可穿戴传感器的实时环境情绪感受评价

以审美体验为核心的环境感受一直是国内外风景园林领域的核心问题,但其测量却比较困难。介绍了一种依靠可穿戴生物传感器进行实景环境实时情绪感受评价的新方法。在国际相关实验技术的基础上,依靠实验方法通过心电传感器(EKG/ECG)、脑电传感器(EEG)、皱眉肌肌电传感器(EMG)、皮温传感器(ST)、皮电传感器(SC)和呼吸传感器(resp),记录实时环境行走中的人的情绪体验。数据在matlab里面经降噪、伪迹去除、时频分析、生成采样率为1帧每秒的情绪评价值,再与GPS空间位置做数据融合,生成具有空间属性的情绪评价轨迹。研究发现,结合时空间轨迹的生理情绪数据较好地反映了被试受空间影响的情绪反应,传感器采集的情绪结果与现场试验后访谈中实验者表达的环境体验结果吻合较好。基于可穿戴传感器的情绪体验测量技术,将有助于更好地测量并理解环境体验,为未来设计提供诸多可能。

基于NFC的可穿戴传感器中柔性/可拉伸天线的研究进展

可穿戴传感器利用NFC功能可以非常方便快捷地测量和读取人体的一些生理参数,在人体运动传感、生物医疗等领域有着广泛应用。柔性/可拉伸天线是基于NFC的可穿戴传感器设计中的关键环节,利用传统金属材料、柔性金属材料分别与柔性衬底结合可以制备柔性/可拉伸NFC天线。从天线制备方法出发,分别讨论了利用传统金属材料的传统结构、2D结构、3D结构以及利用柔性金属材料中的导电纺织材料、镓基液态金属、导电纳米材料设计柔性/可拉伸NFC天线的研究进展,及其在可穿戴传感器中的具体应用和目前设计中存在的一些问题。最后对NFC可穿戴传感器的发展前景以及柔性/可拉伸NFC天线的研究热点提出了展望与思考。

可穿戴传感器在老年人功能状态评估中的应用及研究进展

分析老年人功能状态评估的现状和存在的问题,归纳总结可穿戴传感器在老年人功能状态评估中的具体应用和研究进展,旨在为老年人临床护理评估的实践和科学研究提供参考.

基于可穿戴传感器的行为识别随机逼近模型

为了使分类器能够在某个强度级别的行为样本集上训练而在其他强度级别上正确分类行为,提出了行为识别的随机逼近模型。在训练阶段从加速度计的时间序列数据提取特征,然后将特征送入聚类算法。数据依据行为聚类,聚类的均值和方差组合成相对应的SAM。在识别随机行为阶段,测试样本和每种行为类别的SAM进行比较。利用聚类算法和随机逼近给每种行为创建模型,然后使用启发式随机逼近最近邻方法来对行为进行分类。在实验中结合k-均值和高斯混合模型两种聚类算法,验证了提出的随机逼近模型的性能优于其他几种流行的行为分类方案。

基于ZigBee可穿戴传感器的医疗监护系统

为了实现医疗设备的微型化、医疗监护的无线化,设计基于Zig Bee可穿戴传感器的医疗监护系统,它能够扩大病人的活动空间,减轻监护人员的工作强度,降低医疗费用。系统采用病区/监护中心两层结构,利用可穿戴传感器采集病人体温、脉搏等生理参数,数据经过处理后送至无线通信模块,最后由Zig Bee无线网络传输至监护中心。经过实验获得了病人生理参数,并与传统测量结果进行了对比。结果表明,系统稳定、可靠,很好地实现了病人生理参数的采集、传输和显示,符合设计要求。

基于二维材料的柔性可穿戴传感器件研究进展

柔性可穿戴传感器是附着于人体皮肤或组织上的监测装置,可以持续监测和量化特定微环境变化所产生的电信号或化学信号,在医学诊断和治疗方面具有广泛的应用前景。二维材料具有原子薄层的平面结构、优异的机械柔性和电学性能,非常适合用于构建可穿戴传感器。近年来,基于二维材料的柔性传感器在材料制备、工艺设计和设备集成等方面取得了巨大的进展。本文首先综述了二维材料在柔性可穿戴传感器应用上的最新研究进展,概括了基于二维材料的可穿戴传感器在物理、化学和生物信号检测方面的应用。另外,详细介绍了包括多模态传感在内的二维材料集成器件。最后,讨论了二维材料柔性可穿戴传感器在实际应用中所面临的问题和挑战,并对基于二维材料的可穿戴传感器的发展前景作出了展望。

蚕丝基可穿戴传感器的研究进展

近年来,可穿戴电子产品得到了广泛的研究,为健康监测、人类疾病诊断和治疗以及智能机器人提供了新的机会.传感器是可穿戴电子产品的关键组成部分之一.蚕丝(bombyx mori)材料具有高产量、优异的拉伸强度(0.5—1.3 GPa)和韧性(6×10^4—16×10^4 J/kg)、良好的生物相容性、可降解性以及易加工性等特征.随着生物材料和相关制造技术的快速发展,蚕丝基先进材料被研究应用在可穿戴传感器中.本文首先介绍了蚕丝自下而上的层结构以及蚕丝基先进材料的形态和特点,随后综述了近年来蚕丝在可穿戴传感领域的研究进展,包括机械(应力、应变)传感器、电生理传感器、温度传感器及湿度传感器等.讨论和总结了不同传感器的工作机制、结构和性能,蚕丝蛋白在其中的作用以及它们在健康监测中的应用.最后,提出蚕丝基可穿戴传感器在实际应用中所面临的挑战和未来展望.

基于可穿戴传感器的普适化人体活动识别

为了提高日常活动识别的准确性和自动化程度,减少人为干预,提出了利用可穿戴传感信号作为输入,通过深度神经网络进行人体活动识别的方法。首先,设计了普适环境下人体活动识别的系统架构,建立了一套加速度、生理信号等传感数据的采集系统;然后,对获取的传感数据进行降噪、加窗与归一化等预处理,并设计了长短时记忆递归神经网络来进行特征的自动提取和融合,从而实现活动识别。实验结果表明,该方法减少了对人工和专家知识的依赖,自动进行多模态传感器的融合,智能化程度高,分类效果好。