用于手勢識別和臨床手功能康復的表皮肌電傳感器系統(tǒng)研究

卒中作為導致長期殘疾的主要原因之一，75％卒中患者會出現(xiàn)手部功能運動障礙。然而，為確?，F(xiàn)有臨床表面肌電圖（sEMG）傳感器的皮膚－傳感器界面接觸穩(wěn)定，需要過度施壓和使用醫(yī)用膠帶，存在潛在皮膚損傷及過敏風險。皮膚－傳感器界面不穩(wěn)定也會導致干擾引入與信噪比（SNR）下降。因此，如何研究設計低成本低損耗的表皮sEMG傳感器系統(tǒng)，為臨床卒中患者提供一種定量、精準、系統(tǒng)、科學的監(jiān)測手段已成為柔性電子生理信號監(jiān)測領域的一個重要研究方向。

近期，蘇州醫(yī)工所楊洪波研究員團隊和賓夕法尼亞州立大學程寰宇團隊共同報告了一種用于手勢識別和臨床手功能康復的共形、可延展、透氣、生物兼容的表皮肌電傳感器系統(tǒng)（圖1）。該傳感器優(yōu)化結構設計，相較于傳統(tǒng)蛇形結構設計，信噪比從18.89dB提高到29.15dB，極大地改善了sEMG采集質(zhì)量（圖2a－c）；引入2種激光制造技術，實現(xiàn)傳感器的低成本透氣制造，透氣性處理后水蒸氣透過率提升6倍；集成自研柔性采集電路，實現(xiàn)8通道sEMG實時監(jiān)測（圖2d，e）；分別結合二維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡與近紅外分析手段，實現(xiàn)高精度手勢識別與卒中手功能康復臨床概念驗證。

圖1 用于手勢識別和臨床手功能康復的共形、可延展、透氣、生物兼容的表皮肌電傳感器系統(tǒng)示意圖

圖2 表皮肌電傳感器系統(tǒng)的結構設計、工藝制備與集成示意圖

該研究成果以“Conformal, stretchable, breathable, wireless epidermal surface electromyography sensor system for hand gesture recognition and rehabilitation of stroke hand function”為題發(fā)表于期刊Materials＆Design。碩士研究生楊科榮為第一作者，楊洪波研究員、郭凱副研究員、張森浩博士后和程寰宇教授為共同通訊作者。該研究獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然基金（青年）等資助。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.113029