準(zhǔn)確、持續(xù)地監(jiān)測(cè)心理生理狀態(tài)對(duì)于理解壓力和自主神經(jīng)至關(guān)重要不同醫(yī)療背景下的功能障礙。當(dāng)前的方法（例如多導(dǎo)睡眠圖和多導(dǎo)睡眠圖）依賴于笨重的有線傳感器限制了現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)用性并給患者（尤其是弱勢(shì)群體）帶來負(fù)擔(dān)例如嬰兒。在這里，作者介紹一種無線皮膚接口多模態(tài)傳感系統(tǒng)，能夠同時(shí)以時(shí)間同步的方式記錄心臟、呼吸、皮膚電和熱信號(hào)。利用緊湊型和軟設(shè)計(jì)，該技術(shù)能夠在受控、臨床和自然環(huán)境中進(jìn)行不引人注目的監(jiān)測(cè)。與金標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)并行進(jìn)行的驗(yàn)證研究表明量化壓力具有高保真度測(cè)謊儀訪談、認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)和冷加壓測(cè)試期間的反應(yīng)。在兒科睡眠研究中，數(shù)據(jù)可靠地識(shí)別覺醒、呼吸不足和呼吸暫停，同時(shí)揭示患有以下疾病的嬰兒的疾病特異性自主神經(jīng)特征唐氏綜合癥。緊急模擬訓(xùn)練期間的實(shí)際部署表明，多模態(tài)應(yīng)力信號(hào)事實(shí)與表現(xiàn)成反比，強(qiáng)調(diào)了醫(yī)學(xué)教育的轉(zhuǎn)化價(jià)值。機(jī)器學(xué)習(xí)所有研究的分析證實(shí)，多模態(tài)特征在檢測(cè)壓力方面優(yōu)于單信號(hào)方法和具有高敏感性和特異性的臨床事件。總的來說，這些發(fā)現(xiàn)確立了該技術(shù)作為下一個(gè)連接工程創(chuàng)新和臨床實(shí)踐的新一代可穿戴平臺(tái)，提供機(jī)械洞察以及壓力醫(yī)學(xué)、睡眠醫(yī)學(xué)等方面的診斷潛力。

圖 1. 用于連續(xù)心理生理監(jiān)測(cè)的無線皮膚接口多模式系統(tǒng)。 (A) 追蹤裝置示意圖各種形式的壓力期間的生理信號(hào)。 (B) 嬰兒模型上的設(shè)備照片。 (C) 分解圖顯示了 iMU、麥克風(fēng)、edA 傳感器以及組合溫度和TC 傳感器。 (D) 用于同時(shí)跟蹤多個(gè)參數(shù)的生理監(jiān)測(cè)方案的框圖。(E) 安裝在胸部用于多模式生理監(jiān)測(cè)的 SiMSS 圖示。 (F) 多生理信號(hào)的參數(shù)分析，用于識(shí)別和量化心理生理壓力。 liPo，鋰聚合物； doF，自由度； BPF，帶通濾波器；SiMSS，皮膚界面多模態(tài)系統(tǒng)

圖 2. 在測(cè)謊儀訪談期間無線、可穿戴式生理參數(shù)監(jiān)測(cè)以及與商業(yè)測(cè)謊儀系統(tǒng)的比較。 (一) 協(xié)議和測(cè)謊儀訪談的實(shí)驗(yàn)配置。 (B 和 C) 有線多組件商用測(cè)謊系統(tǒng) (B) 與無線測(cè)謊系統(tǒng)之間的比較小型化 SiMSS (c)。 (D) 將胸部設(shè)備（紅色）獲得的 hR、hRv、cSi、RRv 和 edA 數(shù)據(jù)與使用商業(yè)測(cè)謊儀測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較采訪時(shí)的系統(tǒng)（黑色）。陰影區(qū)域表示回答問題的時(shí)間點(diǎn)。 (E) 對(duì)照（黑色）和敏感（紅色）的歸一化 edA 箱線圖問題。數(shù)據(jù)是第一和第三四分位數(shù)（盒鉸鏈）、平均值 (X)、中位數(shù)（水平線）以及 1.5 倍四分位數(shù)范圍內(nèi)的最低值和最高值（whis-kers）（n = 6 和 360 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）。 (F) 皮膚TC 用于控制（黑色）和敏感（紅色）問題。數(shù)據(jù)為第一和第三四分位數(shù)（盒鉸鏈）、平均值 (X)、中位數(shù)（水平線）、最小值-最大值（晶須）和單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn) (n = 6)。 (G) 各個(gè)參數(shù)之間的成對(duì)相關(guān)性矩陣（hR、hRv、cSi、RR、RRv、edA 和 St）從 SiMSS 中提取，用于控制（黑色）和敏感（紅色）問題（n = 6 和 146 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）。 (H) 顯示模型預(yù)測(cè)的混淆矩陣對(duì)控制問題和敏感問題進(jìn)行分類。 (I) Shapley 決策圖，可視化每個(gè)生理參數(shù)（按重要性排序）對(duì)模型的貢獻(xiàn)預(yù)測(cè)如（G）所示。 a.u.，任意單位。

圖 3. 用于檢測(cè)心理壓力的無線可穿戴生理參數(shù)監(jiān)測(cè)。 (A) 語音的協(xié)議和實(shí)驗(yàn)配置噪聲中的任務(wù)。 (B 和 C) 瞳孔測(cè)量結(jié)果，包括照片記錄 (B) 和瞳孔直徑數(shù)據(jù) (c)。 (D) 演講過程中瞳孔大小的比例變化-噪聲中任務(wù)和任務(wù)后休息（18 個(gè)任務(wù)）。 hR、cSi、RR 和 edA 數(shù)據(jù)從 SiMSS 獲得。數(shù)據(jù)表示為平均值（線）±Sd（陰影面積）。 (E) 箱線圖比較休息和噪聲中語音任務(wù)期間的生理數(shù)據(jù)（瞳孔大小、hR、hRv、cSi、RR、RRv、edA 和 St 的變化）。數(shù)據(jù)是第一和第三四分位數(shù)（盒鉸鏈），平均值（X），中值（水平線）以及 1.5 倍四分位距（晶須）內(nèi)的最低值和最高值（n = 4 和 72 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）。 (F 和 G) Shapley 決策圖(F) 和平均沙普利值 (G) 可視化每個(gè)生理參數(shù)對(duì)模型預(yù)測(cè)的貢獻(xiàn)（按重要性降序排列）在圖中。 S16（n = 4 和 128 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）。

圖 4. 無線可穿戴生理參數(shù)監(jiān)測(cè)，用于檢測(cè)冷加壓測(cè)試期間的身體壓力。 (A) 協(xié)議和實(shí)驗(yàn) con-冷加壓測(cè)試的圖形。 (B) 冷加壓測(cè)試之前（黑色）和之后（紅色）的皮質(zhì)醇水平 (n = 6)。 (C) 從 SiMSS 獲得的 hR、hRv、cSi、RR、edA 和 St 數(shù)據(jù)（紅色）和在冷加壓測(cè)試期間使用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)（黑色）測(cè)量的值。陰影區(qū)域表示冷加壓的時(shí)間點(diǎn)。 (D) Bland-Altman 圖比較hRv-lF/hF 從胸部設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)臨床心電圖系統(tǒng)中提?。╪ = 6 和 735 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）。 (E) 休息（黑色）和冷加壓測(cè)試（紅色）期間的皮膚TC。數(shù)據(jù)是第一和第三四分位數(shù)（盒鉸鏈）、平均值 (X)、中值（水平線）、最小值-最大值（晶須）和單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn) (n = 6)。 (F) 相關(guān)性休息（黑色）和冷加壓測(cè)試（紅色）期間各個(gè)參數(shù)（hR、hRv、cSi、RR、RRv 和 St）和 edA 之間的關(guān)系（n = 6 和 4121 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）。 (G) 混淆矩陣顯示對(duì)休息和壓力進(jìn)行分類的模型預(yù)測(cè) (n = 6)。 (H) Shapley 決策圖，可視化每個(gè)生理參數(shù)的貢獻(xiàn)，按順序排列對(duì)于 (G) 中所示的模型預(yù)測(cè)的重要性（n = 6 和 200 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）。

圖 5. 在睡眠研究中對(duì)兒科患者的生理參數(shù)進(jìn)行連續(xù)、無線監(jiān)測(cè)。 (A) 應(yīng)用的 SiMSS 和 PSG 系統(tǒng)的照片睡眠實(shí)驗(yàn)室的一名兒科患者。 (B) 來自 PSG 系統(tǒng)的腦電圖 (eeG) 數(shù)據(jù)、來自 SiMSS 和 PSG 系統(tǒng)的 hR 以及來自 SiMSS 的 edA 數(shù)據(jù)喚醒。 (C) 來自 PSG 系統(tǒng)的腦電圖和 RiP 數(shù)據(jù)以及呼吸不足期間的胸部運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。 (D) 從設(shè)備記錄的 hR、cSi、RR、edA 和運(yùn)動(dòng)活動(dòng) (MA) 數(shù)據(jù)睡眠期間胸部和 PSG 系統(tǒng)的臨床事件時(shí)間表。 (E) 混淆矩陣顯示用于對(duì)期間臨床事件進(jìn)行分類的模型預(yù)測(cè)睡眠（n = 13 和 367 臨床事件）。 (F) 雷達(dá)圖顯示比較健康組和唐氏綜合癥組的多變量分析（n = 13 和 2113 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）。(G) 比較健康組和唐氏綜合癥組之間的 cSi 和 hRv 的箱線圖。數(shù)據(jù)是第一和第三四分位數(shù)（盒鉸鏈）、平均值 (X)、中位數(shù)（水平線）、以及 1.5 倍四分位距（晶須）內(nèi)的最低值和最高值（n = 13 和 2113 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）。使用單因素方差分析 (AnOvA)計(jì)算P值。

圖 6. 醫(yī)學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)期間復(fù)雜形式壓力的無線可穿戴監(jiān)測(cè)。 (A) 所呈現(xiàn)場(chǎng)景的示意圖在模擬實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)期間。 (B) 在模擬實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)期間從 SiMSS（紅色）和 ecG（黑色）獲得的 hR、hRv、cSi 和 edA 數(shù)據(jù)。 (C) hR 的變化，第 5 節(jié)模擬和匯報(bào)期間的 hRv、cSi 和 edA 信號(hào)。(D) 跨會(huì)話的 hRv、cSi 和 edA 統(tǒng)計(jì)分析 (n = 17)。 (E) 箱線圖比較hRv、cSi 和 edA 的性能得分。數(shù)據(jù)為第一和第三四分位數(shù)（盒鉸鏈）、平均值 (X)、中位數(shù)（水平線）以及 1.5 倍以內(nèi)的最低值和最高值四分位距（晶須）（對(duì)于 hRv、cSi 和 edA，n = 17 和 10,382、10,324 和 10,331 數(shù)據(jù)點(diǎn)，分別）。 AnOvA 用于計(jì)算 P 值。

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aed3162

來源：生物傳感小站