關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動包含與骨科疾病診斷、預(yù)防和康復(fù)密切相關(guān)的生理健康信息。傳統(tǒng)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動測量方法，如光學(xué)運動捕捉系統(tǒng)和慣性測量單元，需要特定大型設(shè)備、長時間測試和高成本，這對于患者來說不夠友好且不便于監(jiān)測關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動。可穿戴和無線關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動感測技術(shù)需求量很大。然而，通過貼在皮膚上的一體化電子設(shè)備精確直接的監(jiān)測關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動度仍然是一個挑戰(zhàn)，因為關(guān)節(jié)隱藏在皮膚內(nèi)，這些設(shè)備測量的是由皮膚彎曲引起的電信號或光信號變化，并不能準(zhǔn)確反映真實的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動度。
本工作制備了一種柔性天線貼片，并將其貼附于小腿表面。在實驗中，將RFID讀取器置于小腿正前方70 cm處。當(dāng)小腿前后擺動時，天線接收的傳輸信號強度（RSSI）隨之變化。與此同時，使用3D光學(xué)運動捕捉系統(tǒng)同步測量真實的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度。通過高斯線性回歸模型，將RSSI數(shù)據(jù)與真實轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)進行匹配，從而實現(xiàn)將RSSI信號準(zhǔn)確轉(zhuǎn)化為膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度。測試者只需將校正后的天線貼片貼于小腿，通過簡單的前后運動，即可在手機或電腦上實時顯示關(guān)節(jié)角度讀數(shù)。該方法具有無電池、無線、便攜、低成本等優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)節(jié)運動的即時監(jiān)測。
該工作以“Battery-free antenna sticker for wireless sensing joint rotation” 為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上，IF=13.4。該研究得到國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、中國科協(xié)青年人才托舉工程的支持。文章第一單位為江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，共同單位為南方科技大學(xué)電子與電氣工程系、南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科、滑鐵盧大學(xué)化學(xué)工程系。司鵬翔、梁銘芮、鄒積華為文章第一作者；司鵬翔、程慶沙、黃國志、Boxin Zhao、張丹為文章通訊作者；況昱、張峻韜、孔怡茜、蔡雨欣、吳赟、龍柱為文章共同作者。
圖1. 天線貼片的設(shè)計與制備
圖2. 天線貼片的力學(xué)及導(dǎo)電性能
圖3. 天線貼片的電磁學(xué)性能
圖4. 天線貼片與3D光學(xué)運動捕捉系統(tǒng)數(shù)據(jù)匹配
圖5. 天線貼片實時測量人體關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472503517X
- 天津大學(xué)黃顯教授團隊 Sci. Adv.：核磁安全的柔性全向旋轉(zhuǎn)磁陣列和柔性透皮無線能量采集系統(tǒng) 2023-08-21
- 中大吳進/南工霍峰蔚/川大張晟 AFM：一種基于水凝膠微結(jié)構(gòu)的透氣、可拉伸和自校準(zhǔn)的多模態(tài)電子皮膚及無線穿戴式應(yīng)用 2024-04-21
- 天津大學(xué)李俊杰教授團隊 CEJ：各向異性導(dǎo)電水凝膠用于人體運動監(jiān)測和無線傳感 2023-03-05
- 大連理工牛文斌教授 CEJ：動態(tài)變色的超穩(wěn)定視覺-數(shù)字輸出光子Vitrimer器件 2022-09-13
