导 语
近期一项研究制造了第一个可以监测肌肉萎缩状况的可穿戴传感器，这种由导电电线制成的电磁传感器可以作为使用MRI进行频繁监测的替代方案。
近日，俄亥俄州立大学的研究人员制造了第一个可穿戴传感器，旨在检测和监测肌肉萎缩。相关成果发表在了IEEE Transactions on Biomedical Engineering上。
1、MRI的替代方案
肌肉萎缩是一种涉及骨骼肌质量和力量丧失的症状，可以由各种原因发生，但通常是退行性疾病、衰老或肌肉停用的副作用。虽然医生目前依靠核磁共振（MRI）来评估患者的肌肉大小和体积是否恶化，但频繁的测试可能既耗时又昂贵。
然而，发表在IEEE生物医学工程会刊上的这项新研究表明，由导电电子线制成的电磁传感器可以作为使用MRI进行频繁监测的替代方案。
为了验证他们的工作，研究人员制作了3D打印的肢体模型，并在其中填充了碎牛肉，以模拟中等大小的人类受试者的小腿组织。他们的发现表明，这种传感器可以测量整个肢体大小的小范围体积变化，并监测高达51%的肌肉损失。俄亥俄州立大学电气和计算机工程研究生、该研究的主要作者Allyanna Rice说：“理想情况下，我们提出的传感器可以被医疗保健提供者用来更亲自地为患者实施治疗计划，并减轻患者自己的负担。”
使用线圈监测小腿三头肌的肌肉萎缩
这是已知的第一种使用可穿戴设备监测肌肉萎缩的方法，这项研究建立在Rice之前为NASA创造健康传感器的工作基础上。美国航天局对以各种方式监测宇航员的健康很感兴趣，因为长时间呆在太空往往会对人体产生有害影响。
研究人员花了几十年时间试图了解和对抗这些影响，这项研究的灵感来自于找到解决宇航员面临的健康问题的方案的目标。
例如，尽管科学家们知道，即使是在短期太空飞行的机组人员也会经历高达20%的肌肉质量和骨密度下降，但没有太多数据表明，在太空生活更长时间可能会对他们的身体产生什么影响，Rice说。
她说：“我们的传感器可以让执行长期任务的宇航员或在家的病人在没有医学专业人员帮助的情况下跟踪自己的健康状况。”
肌肉萎缩传感器的制作工艺
但要想制造出一种能够准确测量人体肌肉微小变化的可穿戴设备，说起来容易做起来难。Rice和她的合著者、俄亥俄州立大学电气和计算机工程教授Asiminia Kiourti设计了这种设备，他们使用了两个线圈，一个发送线圈和一个接收线圈，以及一个由电子线制成的导体，这些导线沿着织物以明显的Z字形图案延伸。
虽然最终的产品类似于血压袖带，但Rice说，最初的挑战是找到一种模式，允许传感器回路的大小发生广泛的变化，以便能够适应很大一部分人。
2、新一代可穿戴健康监测设备
“当我们第一次提出传感器时，我们没有意识到我们需要一种可伸展的材料，直到我们意识到人的四肢将发生变化，”她说。“我们需要一种可以变化和弯曲的传感器，但它也需要保持形状。”
经过反复试验，他们发现，虽然直线缝制会限制袖子的弹性，但Z字形图案是放大弹性的理想选择。同样新颖的模式也是传感器可以扩展到身体多个不同部位，甚至同一肢体上的几个位置的原因。
虽然可穿戴设备的实现还需要数年时间，但研究指出，下一个重大飞跃很可能是将该设备连接到移动应用程序上，该应用程序可以用来记录健康信息并直接发送给医疗保健提供者。
为了改善地球和太空中未来患者的生活，Rice期待着将传感器与其他类型的检测和监测健康问题的设备相结合，例如检测骨质丢失的工具。
“未来，我们希望在可穿戴设备中集成更多的传感器和更多的功能，”Rice说。
论文原文：https://ieeexplore.ieee.org/document/10052693
