“苏集创”苏州大学创新成果推介（81）——用于心血管健康监测的新型穿戴式智能手环

“苏集创”是依托苏州大学国家技术转移中心（苏州大学知识产权运营中心），紧密围绕苏州产业创新集群布局，以苏州大学等国内外知名高校、科研院所、技术创新中心的集成创新成果为标的，构建科技、产业、资本深度融合的成果发布平台。

本期向大家推介的是苏州大学功能纳米与软物质研究院文震教授团队的成果：《用于心血管健康监测的新型穿戴式智能手环》。

主要成果完成人：文震教授，苏州大学功能纳米与软物质研究院。研究方向：柔性能量收集材料及器件、微纳传感材料与器件、智能传感器件与自驱动系统。

成果简介：

心血管疾病一跃成为全球死亡的主要原因，大多数心血管疾病，包括动脉硬化、糖尿病、心肌梗死、冠心病和高血压，都可以通过早期诊断和长期监测生理信号来预防和治疗。能够实时连续的检测血管状态对于早期识别和预防心血管疾病具有重要意义。

大型医用设备限制了其在日常生活中持续实时监测，已在可穿戴市场应用的光学体积描技术（PPG）脉搏仪由于光学噪声和肤色等固有的局限性，难以提供医疗领域满意的测量精度。开发生物兼容性好、操作简单、测量精度高、待机时间长的可穿戴无线心血管监测系统在医疗领域有极大的市场。

国内外研究人员已经开发出了多款可穿戴无线心血管监测传感器与系统，然而由于现有的传感器很少可以完整测出脉搏波，同时动脉脉搏相较于外界扰动十分微弱，导致动态心血管监测难以达到医疗领域满意的测量精度，距离实际应用需求仍有差距。

本团队开发了一款新型穿戴式智能手环，基于新兴的界面接触电子转移技术，可以将微弱的生理信号产生的机械能转换为电输出，其产生的电信号所蕴含的幅度、频率及周期等都直接与脉搏振动行为有关。通过脉冲神经网络算法提取脉搏波形的特征，并通过引入预应力对波形特征进行校准，可大幅改善心血管状态监测的准确性。本团队从压力传感单元、信号处理硬件和用户界面三部分来突破并提升可穿戴无线心血管监测系统的性能瓶颈和应用限制，弥补目前可穿戴无线心血管监测的测量准确性及系统功耗的欠缺，力争在本项目的支持下可以走入初步市场应用阶段。

创新要点：

1、创新基于微纳尺度力-电接触能量转化机制设计了新型多功能层叠层式的柔性压力传感器，引入了具有不同杨氏模量的多层结构，针对于压力传感器件灵敏度与探测区间无法同时提升的问题进行了有效改善。

2、创新建立了新型自驱动传感器的无线传输系统，揭示了该传感器内部阻抗与输出信号大小的关系，阐明了测试脉搏信号时的噪声频段以及其形成原因，最终构建了稳定持续测量脉搏及心血管信号的健康系统。

3、创新设计了心血管健康状况的预警系统，结合相关的机器学习算法，提出了通过脉搏波传导速度进行其与血压的换算，并在此基础上，探究了脉搏信号的振幅对于血压数值的影响，最终实现了血压更为准确的测量，极大地提高了用户对自身心血管状态的评估准确度。

技术指标：

1、传感器灵敏度超过6V/kPa，检测域超过360kPa，均处于领域领先水平，用于血压实时监测精确度为±3mmHg（美国AAMI标准±5mmHg）。

2、基于传感负载输出特性及阻抗匹配效应，开发了与新型传感技术相匹配的低功耗信号管理电路，待机状态功耗为0，工作状态功耗仅为商用1/3。

3、基于脉搏波传导速度与血压的潜在联系，采用一维卷积神经网络模型，解决了脉搏到血压转换不准确的难题，准确率达到95.6%。

专利情况：

团队已形成完整的专利布局，拥有一批具有自主知识产权、完全自主可控的关键技术。团队共申请相关国家发明专利40余项，其中25项已获得授权，涵盖传感材料制备、器件结构设计以及可穿戴电子设备应用等方面，与该产业化项目相关的授权专利如下：

1、文震、孙旭辉、张婷婷、刘伊娜，一种摩擦电式压力传感器及其制备方法，中国发明专利，申请日：2020.09.12，专利号：ZL202010954548.5，授权公告日：2022.02.22

2、文震、孙旭辉、雷浩，一种零功耗压力传感器的制备方法及可穿戴电子设备，中国发明专利，申请日：2020.03.09，专利号：ZL202010158822.8，授权公告日：2021.09.21

3、孙旭辉、文震、刘静雅、雷浩、张婷婷，一种自驱动压力传感器及其制备方法，中国发明专利，申请日：2020.12.29，专利号：ZL202011602070.6，授权公告日：2022.06.28

4、孙旭辉、文震、雷浩，一种零功耗压力传感器的制备方法，中国发明专利，申请日：2020.03.09，专利号：ZL202010157987.3，授权公告日：2021.10.22

合作需求：

芯片设计：合作开发面向该传感技术的信号处理芯片

产品包装：合作完成产品包装设计，包括外观和结构设计等

质量检测：合作完成产品第三方医疗设备质量鉴定

市场开发：合作完成产品市场定位，寻求新用户、开辟新市场

其他说明：

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