清華新聞網(wǎng)4月9日電 心血管疾病是全球范圍內(nèi)導(dǎo)致人類死亡的重要原因,。心電圖（ECG）在心血管疾病的預(yù)防、診斷和預(yù)后中起著至關(guān)重要的作用,。然而,，目前缺乏用戶友好且高精度的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)12導(dǎo)聯(lián)心電圖監(jiān)測(cè)設(shè)備，導(dǎo)致心血管風(fēng)險(xiǎn)篩查和評(píng)估難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模普及與常態(tài)化應(yīng)用,，進(jìn)而加劇了因病情惡化患者增多而引發(fā)的醫(yī)療資源緊張問(wèn)題,。
4月5日，清華大學(xué)集成電路學(xué)院任天令教授團(tuán)隊(duì)在《自然·通訊》（Nature Communications）上發(fā)表了題為“基于無(wú)感化電子的運(yùn)動(dòng)非束縛動(dòng)態(tài)心電系統(tǒng)”（Motion-unrestricted dynamic electrocardiogram system utilizing imperceptible electronics）的研究論文,，報(bào)道了研究團(tuán)隊(duì)在紋身式電子皮膚方面取得的最新突破,。
為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期心電智能監(jiān)測(cè),，針對(duì)傳統(tǒng)12導(dǎo)聯(lián)心電設(shè)備佩戴不適、運(yùn)動(dòng)干擾以及續(xù)航不足三大問(wèn)題,，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種無(wú)運(yùn)動(dòng)束縛的動(dòng)態(tài)12導(dǎo)聯(lián)心電系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)了無(wú)感化佩戴、抗運(yùn)動(dòng)偽影以及低功耗原位實(shí)時(shí)信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì)集成,。如圖1a所示,，MU-DCG系統(tǒng)類似一位持續(xù)監(jiān)測(cè)心臟健康的“隱形醫(yī)生”，如影隨形卻又不影響用戶日常生活,。
圖1.（a）MU-DCG系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)感化佩戴,、抗運(yùn)動(dòng)偽影以及低功耗原位實(shí)時(shí)信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì)集成（b）MU-DCG系統(tǒng)的實(shí)物照片和結(jié)構(gòu)示意圖
MU-DCG系統(tǒng)結(jié)合了皮膚保形的柔性電子技術(shù)以及先進(jìn)的邊緣側(cè)AI加速硬件與軟件技術(shù)。如圖1b所示,，MU-DCG分為在皮膚上的軟模塊（On-skin leads&electrodes）和皮膚外的硬模塊（AI module）。其中,，皮膚上的軟模塊所包含的柔性電子器件具有優(yōu)異的皮膚適配性,，其厚度小于50微米，可拉伸性大于50%并具備良好的皮膚黏性和透氣性,。皮膚外的硬模塊包含了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和傳輸所需的計(jì)算模塊,、無(wú)線模塊以及電池等，它們被封裝在一個(gè)漂亮的吊墜中,。此外,，為了便于在皮膚上進(jìn)行組裝，MU-DCG系統(tǒng)具有一個(gè)壓力激活的柔性皮膚插座（Skin socket）,，可以在動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)穩(wěn)定地軟連接皮膚上的軟模塊和皮膚外的硬模塊（圖2展示了MU-DCG的使用,，圖3演示了MU-DCG的動(dòng)態(tài)心電采集）。
圖2. MU-DCG系統(tǒng)的使用演示
圖3. MU-DCG系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)采集演示
MU-DCG的超舒適性（無(wú)膚感）,、卓越的抗運(yùn)動(dòng)偽影性能以及突出的低功耗邊緣AI計(jì)算功能使得它有望革新傳統(tǒng)心電采集方式,。如圖4所示，用戶佩戴體驗(yàn)報(bào)告（a）,、心血管專家盲法評(píng)估（b）以及功耗測(cè)試結(jié)果（c）分別證明了MU-DCG具有卓越的用戶友好性（不舒適性評(píng)分達(dá)到最低：0.55）,、優(yōu)異的動(dòng)態(tài)心電信號(hào)采集質(zhì)量（信噪比提升大于5 dB）以及顯著的低功耗性能（與對(duì)照組相比工作電流降低了10倍）。圖3d展示了MU-DCG和醫(yī)用Holter的抗運(yùn)動(dòng)干擾能力的顯著差異,。
圖4.（a）用戶佩戴體驗(yàn)報(bào)告打分統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖（b）心血管專家盲法評(píng)分對(duì)比統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖（c）功耗對(duì)比測(cè)試結(jié)果圖（d）從靜止到慢跑過(guò)程中,，MU-DCG和Holter采集心電信號(hào)的變化對(duì)比圖
綜上所述，MU-DCG提供了優(yōu)越的舒適性,、準(zhǔn)確性和長(zhǎng)期的可穿戴性,，能夠在日常活動(dòng)中進(jìn)行持續(xù)的,、不受運(yùn)動(dòng)限制的心電圖監(jiān)測(cè),，以增強(qiáng)醫(yī)療診斷和研究,。除此之外，MU-DCG還為未來(lái)的人機(jī)融合醫(yī)療保健應(yīng)用建立了一個(gè)開(kāi)創(chuàng)性的設(shè)計(jì)策略,，為在不同環(huán)境中開(kāi)發(fā)持續(xù)的,、個(gè)性化的健康監(jiān)測(cè)解決方案開(kāi)辟了新途徑。
清華大學(xué)集成電路學(xué)院2021級(jí)博士生李鼎,、2019級(jí)博士生崔天睿,、2022級(jí)碩士生邵萬(wàn)成以及電子科技大學(xué)信息與通信工程學(xué)院2020級(jí)博士生劉嘉豪為論文共同第一作者。清華大學(xué)集成電路學(xué)院教授任天令,、副教授楊軼,，北京信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家研究中心副研究員劉厚方和電子科技大學(xué)信息與通信工程學(xué)院教授周軍為論文通訊作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委,、科技部,、北京市自然科學(xué)基金委、清華大學(xué)國(guó)強(qiáng)研究院,、北京信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家研究中心等的支持,。
近年來(lái)，任天令團(tuán)隊(duì)致力于柔性,、可穿戴智能器件芯片,，以及面向元宇宙、醫(yī)療健康的新型感知技術(shù)的探索,，在新型石墨烯聲學(xué)器件和各類傳感器件方面已取得多項(xiàng)創(chuàng)新成果,，先后在《自然》（Nature）、《自然·電子》（Nature Electronics）,、《自然·通訊》（Nature Communications）等知名雜志以及國(guó)際電子器件會(huì)議（IEDM）等領(lǐng)域內(nèi)頂級(jí)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表多篇論文,。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-58390-5
供稿：集成電路學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
