導讀
近日，急救可穿戴監(jiān)測領(lǐng)域迎來重要進展！浙江大學宋吉舟團隊在FlexTech發(fā)表研究，提出一種大面積可拉伸加速度傳感器陣列，可在CPR胸外按壓過程中實現(xiàn)多點同步深度監(jiān)測，并進一步重建最大按壓時刻的胸廓截面輪廓。該系統(tǒng)為“實時反饋—個體化調(diào)整”的下一代CPR質(zhì)量評估提供了新的技術(shù)路徑。
這項工作的亮點在于：研究者通過離散剛性島結(jié)合柔性基底封裝的結(jié)構(gòu)策略構(gòu)建了56 cm × 5 cm的大面積加速度傳感器陣列（9個傳感單元），在保證佩戴貼合與形變適應性的同時，建立了基于三軸加速度信號的深度估計算法，并提出峰值平均的輪廓構(gòu)建方法，使系統(tǒng)在半圓柱模型與成人假人實驗中均表現(xiàn)出良好的深度一致性與輪廓重建能力，同時具備長時間連續(xù)監(jiān)測的穩(wěn)定性。該研究展示了“從單點到空間、從數(shù)值到形態(tài)”的CPR質(zhì)量評估新路徑，為智能化、可視化、個性化的胸外按壓監(jiān)測提供了可落地的工程方案。
圖1：大面積可拉伸加速度傳感器陣列的胸外按壓傳感概念圖
研究背景
CPR是院前急救與院內(nèi)搶救中最關(guān)鍵的生命支持技術(shù)之一，而高質(zhì)量胸外按壓直接決定了患者恢復自主循環(huán)與生存率的上限。理想的胸外按壓不僅要求按壓頻率、回彈充分，更核心的是按壓深度穩(wěn)定且可及時糾偏；然而在真實場景中，無論是人工按壓還是機械按壓，都普遍面臨“質(zhì)量波動大、缺少實時反饋、難以個體化調(diào)整”等痛點，這使得“能監(jiān)測、能反饋、能指導”的智能化輔助系統(tǒng)成為急救工程與臨床共同關(guān)注的方向。
過去一段時間，研究者嘗試將單個慣性測量單元（IMU）用于按壓深度估計，并將其集成到智能手機、智能手表或腕帶等便攜設(shè)備中。這類方案結(jié)構(gòu)簡單、部署方便，推動了CPR反饋技術(shù)的普及。但其天然局限也很突出：單點傳感往往只能給出“局部/單點”的按壓信息，難以全面反映胸廓在按壓過程中產(chǎn)生的復雜響應。為提升測量可靠性，近年來出現(xiàn)了多傳感融合思路，例如將IMU與壓力傳感器組合，或同步融合位移、壓力與加速度信息，在實驗評估與假人測試中展現(xiàn)了更好的深度與頻率檢測表現(xiàn)。
然而，即便多傳感融合提升了精度，現(xiàn)有系統(tǒng)仍面臨兩個關(guān)鍵瓶頸：其一，多數(shù)系統(tǒng)依舊停留在單點或局部反饋，但胸外按壓會引發(fā)胸廓整體范圍內(nèi)的復雜、非線性形變，單點測量難以捕捉“不同位置的壓縮動態(tài)”與空間差異；其二，很多裝置更傾向集成在施救者身上而非患者胸廓表面，導致力傳遞路徑與運動學差異帶來誤差，從而限制了對胸外按壓的空間化評估能力。基于這些挑戰(zhàn)，開發(fā)一種能夠直接貼附患者胸廓、多點同步監(jiān)測并刻畫胸廓截面輪廓的新型可穿戴系統(tǒng)，成為推動下一代CPR反饋技術(shù)從“數(shù)值提示”邁向“空間評估與個體化指導”的關(guān)鍵突破口。
論文亮點
結(jié)構(gòu)創(chuàng)新：大面積可拉伸陣列，實現(xiàn)多點空間監(jiān)測
本研究的核心亮點之一，是提出了大面積（56 cm × 5 cm）可拉伸加速度傳感器陣列，在胸前實現(xiàn)多點同步監(jiān)測，從而有能力捕捉胸廓在按壓過程中的非線性、非均勻形變模式。器件采用“離散剛性島結(jié)合軟彈性體基底/封裝”的結(jié)構(gòu)策略，使陣列在貼合胸廓曲面時仍能保持可靠的傳感與互連，并可承受20%拉伸應變，兼顧可穿戴貼附性與工程穩(wěn)定性。
圖2：大面積可拉伸加速度傳感器陣列的設(shè)計
信號處理與性能驗證
研究團隊基于三軸加速度信號構(gòu)建按壓深度估計算法，通過對重力/零偏校正、濾波抑制低頻漂移，并結(jié)合積分得到位移信息，實現(xiàn)多通道按壓深度的動態(tài)跟蹤。在半圓柱模型的180 次連續(xù)按壓的驗證實驗中，針對 10/20/30 mm 的目標按壓深度，系統(tǒng)給出的平均峰值深度分別為 9.95/19.91/29.82 mm，與設(shè)定值高度一致；重復性標準差約0.58–1.20 mm，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性與可重復性。同時在30分鐘連續(xù)按壓條件下，系統(tǒng)也表現(xiàn)出良好的監(jiān)測穩(wěn)定性。
圖3：胸外按壓深度估計與性能驗證
從“深度數(shù)值”到“胸廓形態(tài)”：提出峰值平均輪廓重建方法
區(qū)別于多數(shù)CPR反饋設(shè)備只輸出單一深度/頻率指標，本研究進一步提出峰值平均的胸廓輪廓構(gòu)建方法：利用多通道峰值深度信息，在預設(shè)時間窗口中重建最大按壓時刻的胸廓截面輪廓，實現(xiàn)對胸廓形變的可視化、空間化表達。這使系統(tǒng)不僅能“告訴你按了多深”，還能更進一步“反映胸廓哪里形變更顯著、形變是否對稱”。研究在簡化半圓柱模型與成人假人系統(tǒng)兩類場景下均完成了驗證，顯示預測深度與輪廓與實驗測量吻合良好并討論了陣列對不同胸廓尺寸的適配潛力，為急救培訓與臨床場景的進一步落地提供了更可信的工程基礎(chǔ)。
圖4：假人模型的胸外按壓實驗結(jié)果
研究結(jié)果及結(jié)論
本研究圍繞“讓CPR質(zhì)量評估從單點走向空間化”的目標，提出了大面積可拉伸加速度傳感器陣列的監(jiān)測系統(tǒng)。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠在胸外按壓過程中實現(xiàn)多點同步監(jiān)測，并以更直觀的方式反映最大按壓時刻的胸廓截面輪廓，為后續(xù)的實時反饋與個體化指導提供了新的技術(shù)路徑。
更重要的是，這項工作將傳統(tǒng)反饋單點按壓深度的監(jiān)測思路，推進到既能提供多點深度，也能描述空間形態(tài)的層面：通過多通道信息的融合與處理，系統(tǒng)不僅有望提升按壓評估的全面性與可解釋性，也為急救培訓與臨床場景中更可靠、更可視化的CPR輔助技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
這項工作的意義主要體現(xiàn)在：
1. 從“單點深度”到“空間評估”：通過大面積陣列實現(xiàn)多點同步監(jiān)測，為刻畫胸廓復雜非線性形變提供了新路徑。
2. 從“數(shù)值反饋”到“形態(tài)反饋”：提出峰值平均輪廓重建，使按壓效果能夠以空間輪廓形式呈現(xiàn)，提升可解釋性與指導價值。
3. 工程可落地性強：器件具備可拉伸穿戴能力，并通過長時連續(xù)測試驗證了穩(wěn)定性，為急救培訓與臨床場景的進一步應用奠定基礎(chǔ)。
該研究成果不僅具有重要的科學價值，也具備廣闊的工程轉(zhuǎn)化前景，有望為高質(zhì)量CPR的智能化評估與實時反饋提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。
《高端MEMS加速度計分析：賽峰Colibrys MS1010和美新MXA2500M》
《Silicon Sensing MEMS陀螺儀對比分析》
《消費類MEMS慣性傳感器對比分析-2025版》
《汽車級MEMS慣性傳感器對比分析-2025版》
《汽車級MEMS慣性測量單元（IMU）產(chǎn)品對比分析-2024版》
《村田MEMS慣性測量單元（IMU）SCH1633產(chǎn)品分析》
《村田MEMS慣性測量單元（IMU）SCHA634產(chǎn)品分析》
《村田MEMS慣性測量單元（IMU）SCHA63T產(chǎn)品分析》
《TDK InvenSense慣性測量單元（IMU）IAM-20685產(chǎn)品分析》
《博世MEMS慣性測量單元（IMU）SMI240產(chǎn)品分析》
《博世AI智能慣性傳感器BHI360產(chǎn)品分析》
《下一代MEMS技術(shù)及市場-2025版》
