不安運(yùn)動被廣泛用于新生兒大腦發(fā)育障礙如腦癱的早期臨床評估，以便對有風(fēng)險的新生兒進(jìn)行超早期的干預(yù)和康復(fù)。然而，臨床目前多依賴兒科醫(yī)生的主觀評價，缺乏定量評估的手段，需要大量的專業(yè)醫(yī)生和臨床人員，這限制了大規(guī)模普篩的可能性。盡管可使用攝像機(jī)進(jìn)行新生兒動作捕捉和數(shù)字化，但隱私性和易用性仍存在一些問題。探索用于新生兒不安運(yùn)動評估的可穿戴生理傳感網(wǎng)絡(luò)頗有應(yīng)用價值。

近期，中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所楊洪波團(tuán)隊(duì)與美國賓夕法尼亞州立大學(xué)程寰宇團(tuán)隊(duì)，提出了由柔性無線IMU傳感器組成的稀疏傳感網(wǎng)絡(luò)，用于新生兒腦癱超早期快速自動篩查，可在15分鐘內(nèi)對20周內(nèi)的新生兒進(jìn)行精準(zhǔn)的腦癱超早期快速篩查。

圖1 

其中，具有運(yùn)動能力評估的稀疏傳感器網(wǎng)絡(luò)僅由5個傳感器節(jié)點(diǎn)組成，且每個傳感節(jié)點(diǎn)均采用“島-橋”結(jié)構(gòu)、生物兼容性材料設(shè)計，擁有優(yōu)異的機(jī)械性能和生物相容性，保障了新生兒的舒適感和安全性。研究顯示，在新生兒皮膚無損傷、運(yùn)動無干擾的前提下，整體系統(tǒng)可以連續(xù)穩(wěn)定地獲取新生兒加速度和角速度的信息。優(yōu)異的可穿戴機(jī)械-電學(xué)特性，具備監(jiān)測人體機(jī)械聲學(xué)生理信息如呼吸率、心率、脈搏等的潛力。該團(tuán)隊(duì)與吉林大學(xué)附屬第一醫(yī)院、蘇州市兒童醫(yī)院、山西省曲沃縣中醫(yī)醫(yī)院合作，完成了23名新生兒的概念驗(yàn)證和臨床驗(yàn)證，證實(shí)了這一系統(tǒng)的可靠性。此外，結(jié)合小型、易部署的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，該系統(tǒng)可以自動可靠地識別腦部發(fā)育風(fēng)險等級高的新生兒，且準(zhǔn)確率大于99%。

圖2

該成果為實(shí)現(xiàn)新生兒腦部發(fā)育疾病的大規(guī)?？焖俸Y查提供了新的數(shù)字化方法與自動化技術(shù)，對腦癱新生兒的超早期干預(yù)與康復(fù)頗具意義。相關(guān)研究成果以Intelligence Sparse Sensor Network for Automatic Early evaluation of General Movements in Infants為題，發(fā)表在Advanced Science上。研究工作得到中國科學(xué)院國際合作伙伴計劃、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計劃等的支持。

注：圖1為智能稀疏傳感器網(wǎng)絡(luò)（SSN SWD）系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用示意圖；圖2（a）可穿戴柔性無線IMU傳感器力電耦合特性（拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、折疊）；（b）人體機(jī)械聲學(xué)信息監(jiān)測（呼吸、脈搏、心動）；（c）應(yīng)用驗(yàn)證過程中新生兒佩戴圖像（頭部、手腕及腳腕）；（d）機(jī)器學(xué)習(xí)算法數(shù)據(jù)流及準(zhǔn)確率。