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  想象一下：監(jiān)測心臟健康就像呼吸一樣自然，無需任何束縛與不適。這不是科幻場景—— 無運動束縛動態(tài)12導(dǎo)聯(lián)心電系統(tǒng)（MU-DCG）已將其變?yōu)楝F(xiàn)實！

  心血管疾病是全球范圍內(nèi)導(dǎo)致人類死亡的首要原因。心電圖（ECG）在心血管疾病的預(yù)防、診斷和預(yù)后中起著至關(guān)重要的作用。然而，目前缺乏用戶友好且高精度的長期動態(tài)12導(dǎo)聯(lián)心電圖監(jiān)測設(shè)備，導(dǎo)致心血管風(fēng)險篩查和評估難以實現(xiàn)大規(guī)模普及與常態(tài)化應(yīng)用，進而加劇了因病情惡化患者增多而引發(fā)的醫(yī)療資源緊張問題。

  為了實現(xiàn)日常態(tài)長期心電智能監(jiān)測，針對傳統(tǒng)12導(dǎo)聯(lián)心電設(shè)備佩戴不適、運動干擾以及續(xù)航不足三大問題，清華大學(xué)集成電路學(xué)院任天令教授團隊開發(fā)了一種無運動束縛動態(tài)12導(dǎo)聯(lián)心電系統(tǒng)，實現(xiàn)了無感佩戴、有效抑制運動干擾信號以及低功耗原位實時信號處理的優(yōu)勢集成。該研究以題為“基于無感化電子的運動非束縛動態(tài)心電系統(tǒng)”（Motion-unrestricted dynamic electrocardiogram system utilizing imperceptible electronics）發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上，這一成果也是研究團隊在紋身式電子皮膚領(lǐng)域的最新突破，為可穿戴醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展提供了新思路。

  如圖1a所示，MU-DCG系統(tǒng)類似一位持續(xù)監(jiān)測心臟健康的“隱形醫(yī)生”，如影隨形卻又不影響用戶日常生活。MU-DCG系統(tǒng)結(jié)合了貼合皮膚的柔性電子技術(shù)以及先進的邊緣AI加速硬件與軟件技術(shù)。如圖1b所示，MU-DCG分為貼附于皮膚的軟模塊（On-skin leads&electrodes）和外置硬模塊（AI module）。其中，皮膚上的軟模塊所包含的柔性電子器件具有優(yōu)異的皮膚適配性，其厚度小于50 μm （約等于人發(fā)絲直徑），可拉伸性超過50%，同時具備良好的粘附性和透氣性。外置硬模塊包含了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和傳輸所需的計算單元、無線通信模塊以及電池等組件，并封裝于時尚的吊墜式外殼中。此外，為了便于皮膚組裝，MU-DCG系統(tǒng)采用壓力激活式柔性皮膚插座（Skin socket），可以在動態(tài)運動中穩(wěn)定連接軟模塊和硬模塊（圖2展示了實際佩戴效果，圖3呈現(xiàn)了動態(tài)心電采集過程）。

圖1 | （a）MU-DCG系統(tǒng)類似一位持續(xù)監(jiān)測心臟健康的“隱形醫(yī)生”，實現(xiàn)無感佩戴、抗運動偽影以及低功耗原位實時信號處理的優(yōu)勢集成；（b）MU-DCG系統(tǒng)的實物照片和結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 | MU-DCG系統(tǒng)的使用演示

圖3 | MU-DCG系統(tǒng)的動態(tài)采集演示

  MU-DCG的超舒適性（近乎無感佩戴）、卓越的抗運動偽影性能以及高效的邊緣AI低功耗計算使得它有望革新傳統(tǒng)心電采集方式。如圖4所示，用戶佩戴體驗報告（a)、心血管專家盲法評估（b）以及功耗測試結(jié)果（c）分別證明了MU-DCG具有卓越的用戶友好性（不舒適性評分最低，僅0.55）、優(yōu)異的信號采集質(zhì)量（信噪比提升超5 dB)以及顯著低功耗優(yōu)勢（工作電流較對照組降低90%）。圖3d進一步對比了MU-DCG與醫(yī)用Holter的抗運動干擾能力，結(jié)果凸顯其性能優(yōu)勢。

圖4 |（a）用戶佩戴體驗報告打分統(tǒng)計結(jié)果圖；（b）心血管專家盲法評分對比統(tǒng)計結(jié)果圖；（c）功耗對比測試結(jié)果圖；（d）從靜止到慢跑過程中，MU-DCG和Holter采集心電信號的變化對比圖。

  綜上所述，MU-DCG提供了卓越的舒適性、準確性和長期可穿戴性，能夠在日�；顒又�實現(xiàn)不受運動限制的持續(xù)心電監(jiān)測，從而提升醫(yī)療診斷和研究水平。此外，該系統(tǒng)開創(chuàng)性的人機融合策略，為開發(fā)適應(yīng)不同環(huán)境的個性化持續(xù)健康監(jiān)測方案提供了新的技術(shù)路徑。

  清華大學(xué)集成電路學(xué)院2021級博士生李鼎、2019級博士生崔天睿、2022級碩士生邵萬成以及電子科技大學(xué)信息與通信工程學(xué)院2022級博士生劉嘉豪為本文共同第一作者，清華大學(xué)集成電路學(xué)院任天令教授、楊軼副教授，北京信息科學(xué)與技術(shù)國家研究中心劉厚方副研究員，以及電子科技大學(xué)信息與通信工程學(xué)院周軍教授為本文共同通訊作者。該研究獲得國家自然科學(xué)基金委、科技部、北京市自然基金委、清華大學(xué)國強研究院、北京信息科學(xué)與技術(shù)國家研究中心等的支持。

  近年來，任天令團隊致力于柔性可穿戴智能器件芯片研究，探索面向元宇宙和醫(yī)療健康的新型感知技術(shù)，在石墨烯聲學(xué)器件和多功能傳感器領(lǐng)域取得多項創(chuàng)新突破。相關(guān)成果已在《自然》（Nature）、《自然·電子》（Nature Electronics）、《自然·通訊》（Nature Communications）等頂級期刊，以及國際電子器件會議（IEDM）等權(quán)威學(xué)術(shù)會議上發(fā)表。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-58390-5