能够实时记录生理信号并提供适当治疗的高性能可穿戴和植入设备在个性化医疗改革中发挥着关键作用。然而,刚性无机设备与柔软有机人体组织之间的机械和生化不匹配会造成严重问题,包括皮肤刺激、组织损伤、信噪比降低以及使用时间有限。因此,人们投入了大量研究精力,通过使用灵活、可拉伸的设备设计和软材料来克服这些问题。在这里,我们总结了软生物电子学的最新代表性研究和技术进展,包括可变形和可拉伸的设备设计、各种类型的软电子材料以及表面涂层和处理方法。我们还重点介绍了这些策略在新兴软可穿戴和植入设备中的应用。我们最后总结了目前的一些局限性,并对这一蓬勃发展的领域的未来前景进行了展望。
可穿戴技术和人工智能(AI)的整合已彻底改变了医疗保健,从而实现了先进的个人健康监测系统。本文探讨了可穿戴技术和AI对医疗保健的变革性影响,并强调了综合个人健康监测系统(IPHMS)的发展和理论化。通过整合来自各种可穿戴设备的数据,例如智能手机,Apple Watch和OURA环,IPHMS框架旨在通过实时警报,全面跟踪和个性化的见解来彻底改变个人健康监测。尽管具有潜力,但实际实施仍面临挑战,包括数据隐私,系统互操作性和可伸缩性。医疗保健技术从传统方法到AI增强可穿戴设备的发展强调了对个性化护理的重大进步,需要进一步的研究和创新来解决现有的局限性并充分实现此类综合健康监测系统的好处。
1 https://www.npr.org/2021/06/24/1009846329/military-suicides-deaths-mental-health-crisis 2 https://www.psychologytoday.com/us/blog/insight-therapy/202107/why-are-us-soldiers-killing-themselves
提高了医护人员的安全性。然而,这可能是一项资源密集型任务,尤其是在疫情期间,因为 PPE 和人员短缺可能是一个问题。现场伙伴需要在观察脱卸过程时穿戴 PPE,而脱卸过程需要在指定的 PPE 脱卸区域进行。在 COVID-19 疫情期间,许多医院工作人员被迫休假。14 因休假或生病而导致的员工流失使得始终有员工在现场监控 PPE 穿戴和脱卸过程变得十分困难。在我们之前的研究中,15 我们探索了让经验丰富的远程伙伴使用视频执行 PPE 监控任务的想法,并将他们与现场伙伴进行了比较。在 30 个程序场景中,共有 195 个步骤,包括 45 个错误,远程伙伴检测错误的阳性预测值为 98.3%,阴性预测值为 100%。目前,人工智能 (AI) 正被用于抗击 COVID-19,协助疫情检测、接触者追踪、筛查、分类评估、远程监控和测温。16 正在开发新技术,利用人工智能机器的空间识别能力和可编程决策支持系统来监控穿脱过程。Fysight(新西兰奥克兰)最近开发了一款名为 Blue Mirror 的人工智能软件,可在带摄像头的市售平板电脑上运行,采用 100% 非接触式交互过程。该软件的设计允许将平板电脑用作镜子,对穿脱过程提供视觉和音频指导。人工智能实时反馈 PPE 穿脱过程的遵守情况,并可供远程人类伙伴同时查看,并在需要时提供额外支持和音频纠正反馈。在这项试点模拟研究中,我们评估了人机协作系统在监控 PPE 穿戴和脱下过程的准确性方面的表现,并与现场伙伴进行了比较。我们的第二个目标是确定人工智能在当前技术开发阶段的自主程度。
摘要 柔性电子技术的最新进展为设计各种可穿戴设备提供了良好的机会,可用于医疗监测、预防医学和机器人控制。可穿戴传感器正在进入数字健康时代,具有记录生命体征、生理信号、身体动力学和动态生物分子状态的强大功能。同时,从身体运动和周围环境中回收废能的能量收集器也受到了广泛关注,有望实现自供电或能量自主系统。在人体内部,植入式设备在监测关键生物医学和生理信息以及有效治疗慢性病方面也发挥着不可或缺的作用。此外,可穿戴机器人外骨骼已实现前所未有的辅助或增强人类运动能力的先进功能。这些技术和平台将融合在一起,形成 bodyNET:一个由可穿戴传感器、植入式设备和外骨骼组成的网络,用于改善医疗保健和健康结果。在本文中,我们简要回顾了柔性和可穿戴传感器的最新进展,并总结了基于压电和摩擦电纳米发电机的自供电可穿戴传感器的进展。我们还讨论了植入式设备和自供电神经调节系统,并介绍了下肢外骨骼的最新研究成果。最后,我们提出了未来趋势,即全面而强大的 bodyNET,以实现先进的医疗保健和增强的生活质量。
可植入和可穿戴的电子设备可以改善许多长期患者的生活质量以及预期寿命,但前提是可以准确监测某些生物学体征。多亏了包装和纳米化的进步,现在可以将各种微电源和微机械传感器嵌入陀螺仪,加速度计和图像传感器等各种微机械传感器,并以相对较低的成本嵌入较小的面积。此外,这些设备已与无线通信技术集成在一起,以实现信号和能量的传输。但是,为了确保这些设备能够真正改善患者的生活质量,新的预防,诊断和治疗设备,这些设备可以提供无忧的,长期的,连续的监控,需要开发出来,这必须依靠新型能量收集的解决方案,而这些新型能量收获解决方案对其佩戴者而言是非目标的。到目前为止,该领域的研究重点是材料,新处理技术和一次性设备。然而,存在进展并不足以使未来的电子设备在任何新应用中都有用,并且存在巨大的需求,以扩大对电路和系统的研究。在这个方向上很少有有趣的发展表明,应特别关注能源收集技术的设计,模拟和建模,同时考虑系统的集成和功率管理。此特别部分包括来自学术界和行业的主要专家的贡献。因此,这个特殊部分将对在不同领域工作的广泛受众有用。我们认为,对设备,电路和系统的新颖方法将使读者能够确定与能量收集的范围相关的需求,挑战和将来的方向,以实现未来的可穿戴设备和可植入的设备。尤其是,该特殊部分旨在报告关键技术和框架的最新进步和未来趋势,从而实现最佳的收获,存储和利用环境或人体的能源,同时考虑了涉及的技术限制和不确定性。总共提交了56篇文章,并接受了20篇文章出版。我们将布里人描述这些文章中的每一篇,并讨论
