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(来源:刘志远)
研究团队为贴片加了一个“应力释放层”。传统超声探头一按下去肌肉就会变形,测出来的数据就会不准确。但是,本贴片则能保证成像结果真实可靠。
具体来说,这个贴片大约有 4.5 毫米厚,其中 2 毫米是柔软可拉伸的电极。这个电极能拉伸到原来的 5 倍,还能同时收集 10 个通道的肌电信号。更重要的是,它还能当“缓冲层”,释放皮肤变形时对超声换能器的压力,以便让设备更加稳定。
研究中,课题组还发现了一些有趣的现象。比如,在监测健康人的肌肉时,研究团队发现肌肉一收缩,它的厚度和面积会变小,但是肌电信号的强度却会变大。这两者的变化是相反的,这让研究团队更清楚地看到了肌肉结构和功能之间的动态联系。
据介绍,WSFP
有望在多种场景发挥作用。
在医疗方面,能用于及早诊断和监测多种神经肌肉疾病。比如,对于先天性肌性斜颈患儿,其能更准确地检查和评估病情,给制定个性化治疗方案提供依据。对于肌萎缩侧索硬化、中风等疾病患者,让他们长期戴着这个贴片,就能实时看到他们的肌肉结构和功能的变化,方便医生及时调整治疗方案。在康复治疗上,能帮康复师了解患者肌肉恢复情况,优化康复训练计划。患者做康复训练的时候,这个贴片能同时监测肌肉活动,反馈训练效果,提高康复效率。
在运动科学领域,运动员训练时戴上它,教练和科研人员能通过监测肌肉状态,不仅能合理安排训练强度,预防运动损伤,还能为运动员的体能训练和技术动作优化提供数据支持。
据介绍,研究团队的成员来自材料科学、电子工程、生物医学等不同领域。课题定下来后,大家就各自行动,筹备实验设备和材料,还和深圳市儿童医院合作以便让实验能顺利进行。
研发 WSFP 的时候,为了解决柔性超声换能器在皮肤变形时容易脱落、成像不稳定的问题,研究团队尝试了多种材料和结构设计方案。做了大量实验后,最后使用 Ecoflex 材料做应力缓解层,并确定了 2mm 的最佳厚度。
在优化电极性能上,研究团队在 Ecoflex 上通过热蒸镀金来做可拉伸电极,以及使用液态金属连接电极和柔性印刷电路板,还给电极监测点做了 Ag/AgCl 电镀处理,以便能够降低阻抗和提高信号采集质量。
器件制备好之后,他们开始进行性能测试和数据分析,包括全面测试柔性超声换能器的中心频率和带宽等声学性能,还有电极的拉伸性、接触阻抗等电学性能。
在证明 WSFP 在各方面具备优异性能之后,研究团队首先在正常受试者中进行原位双模态结构-功能同步监测,分别对前臂、背部和颈部的肌肉进行了双模态监测,实验过程中这三个部位的形变分别达到了 7.2%、26.8%、37.5%。
WSFP 在整个监测过程中表现优异,实现了完整实验过程中的肌肉结构的稳定超声成像和 EMG 信号的高质量采集。通过对正常受试者的数据分析,研究团队发现肌肉厚度变化与肌电信号均方根值之间的显著负相关关系,揭示了肌肉结构与功能的动态耦合规律。
最后是临床验证阶段。研究团队在先天性肌性斜颈患儿身上都做了实验,并收集了大量数据。深入分析后发现,本次贴片在识别动作和诊断疾病方面很准确,能够有效反映肌肉结构和功能的变化。
(来源:刘志远)