重癥監護中嬰兒患者的健康監測非常困難。在過去的幾十年中，柔軟、非侵入性地可穿戴系統得到了快速的發展。近期，來自佐治亞理工學院（The Georgia Institute of Technology）的研究人員在Communications Materials期刊上發表了題為“Skin-interfacing wearable biosensors for smart health monitoring of infants and neonates”的綜述性論文，總結了新生兒可穿戴生物傳感系統的最新進展和不同方法，重點介紹了智能皮膚接口可穿戴設備，指出了目前已開發的可穿戴系統的弱點和不足，并提供了進一步研究的指導方針。

將傳統監測實踐轉化為可穿戴設備的工作原理示意圖

為嬰兒患者群體設計可穿戴系統時，需考慮其體型小、需要接受多種監測且需要經常進行抽血檢查的特點。因此，在實現技術現代化和可穿戴時，關鍵設計考慮因素包括小而保形的形狀因素、與皮膚溫和生物相容的粘附性能，以及使設計對護理人員看起來良性，同時保持良好的信號質量和有效操作。

可穿戴電子產品的材料和設計選擇

心電圖（ECG）是監測心臟功能的關鍵信號，可得出心率（HR）、心率變異性（HRV）、心律和呼吸率（RR）。通過調整電極放置確保精度，Pan-Tompkins算法可從ECG信號中提取實時心率。Chung等人應用一體化EES系統模擬新生兒重癥監護室內生命體征監測，但該系統機械脆弱、昂貴且不適合一次性使用，NFC通信協議操作距離有限。Kim等人優化了EES的構造策略，提高了系統的耐用性，其新生兒心電圖監測設備可連續監測數小時，還有藍牙SoC可遠程遙測。紡織電極在無導電凝膠的ECG記錄中受歡迎，但需施加恒定壓力。這些設備系統可通過無線通信和機器學習執行實時HR、RR、HRV和心律測定，但需謹慎處理數據傳輸不一致問題。

生物電位傳感的機制和裝置

新生兒非侵入性薄膜生物標志物傳感可取代傳統侵入性抽血，對健康預診斷、診斷和預后有重要意義。目前，可穿戴設備在檢測汗液、唾液和尿液中的生物標志物方面取得進展，如檢測葡萄糖、鈉、鉀、苯丙氨酸等。然而，這些生物流體和血清離子濃度之間缺乏明確關系，非侵入性診斷能力有限。未來，新生兒應用的可穿戴分析物檢測設備有望增長。

電化學傳感裝置

上傳到單個數據匯的多信號系統同步記錄，可在信號間形成比較關系，計算新的生理指標。例如，Chung等人的雙峰心電圖和PPG測量系統，能識別心電圖R峰值到PPG谷值基準的時間，得出脈搏到達時間（PAT），并證明1/PAT和收縮壓（BP）的線性關系。他們還改進設計，增加高靈敏度三軸加速度計，測量地震心電圖（SCG），得出脈搏傳導時間（PTT），結合血管假設得出血壓替代值。該系統符合血壓袖帶要求，但血壓易受多種因素影響，需常校準。數據時間同步不可靠，依賴時序差異度量時，滯后和不精確時間戳會導致關系數據不佳，Chung等人通過傳輸本地時鐘信息解決該問題。心電圖和SCG組合可用于估計每搏輸出量。Yoo等人創建多信號系統，結合慣性測量單元（IMU）與麥克風，監測心肺和胃腸道事件，繪制時空圖，實現聲音分離和音頻重建。多個相同傳感器的同時跟蹤也有優勢，如用于腦癱檢測和重建3D身體運動。

多信號傳感的機制和設備

總體而言，柔性電子產品和可穿戴健康監測系統不斷發展，為弱勢群體和研究不足的人群帶來巨大益處。它們可測量關鍵生理指標，取代侵入性手術，改善患者預后。先進的信號處理還能實現醫學推導，幫助診斷和恢復監控。然而，當前工作僅觸及新生兒人群生物醫學應用的表面。隨著針對嬰兒的進一步研究和開發，這一人群可能成為最大受益者。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s43246-024-00511-6