不安運(yùn)動(dòng)（General Movement, GM）已被廣泛用于新生兒大腦發(fā)育障礙（例如腦癱）的早期臨床評(píng)估，以方便對(duì)有風(fēng)險(xiǎn)的新生兒進(jìn)行超早期的干預(yù)、康復(fù)。但臨床目前多依賴于兒科醫(yī)生的主觀評(píng)價(jià)，缺乏定量評(píng)估的手段，而且需要大量的專業(yè)醫(yī)生和臨床人員，限制了其進(jìn)行大規(guī)模普篩的可能，尤其是在低醫(yī)療水平地區(qū)則更難普及。盡管可以使用攝像機(jī)進(jìn)行新生兒動(dòng)作捕捉和數(shù)字化，但隱私性及易用性仍然存在一些問(wèn)題。探索用于新生兒不安運(yùn)動(dòng)評(píng)估的可穿戴生理傳感網(wǎng)絡(luò)具有很大的應(yīng)用價(jià)值。

近期，中國(guó)科學(xué)院蘇州醫(yī)工所楊洪波團(tuán)隊(duì)與美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)程寰宇團(tuán)隊(duì)共同提出了一種由柔性無(wú)線IMU傳感器（SWD）組成的稀疏傳感網(wǎng)絡(luò)，用于新生兒腦癱超早期快速自動(dòng)篩查（圖1），可在15分鐘內(nèi)對(duì)20周內(nèi)的新生兒進(jìn)行精準(zhǔn)的腦癱超早期快速篩查。

圖1 智能稀疏傳感器網(wǎng)絡(luò)（SSN SWD）系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用示意圖

其中具有運(yùn)動(dòng)能力評(píng)估的稀疏傳感器網(wǎng)絡(luò)僅由5個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成，且每個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)均采用“島-橋”結(jié)構(gòu)、生物兼容性材料設(shè)計(jì)，具有優(yōu)異的機(jī)械性能和生物相容性，保障了新生兒的舒適感和安全性。如圖2a所示，在新生兒皮膚無(wú)損傷，運(yùn)動(dòng)無(wú)干擾的前提下，整體系統(tǒng)可以連續(xù)穩(wěn)定地獲取新生兒加速度和角速度的信息。如圖2b所示，優(yōu)異的可穿戴機(jī)械-電學(xué)特性，具備對(duì)人體機(jī)械聲學(xué)生理信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)的潛力（呼吸率、心率、脈搏等）。如圖2c所示，研究團(tuán)隊(duì)與吉林大學(xué)附屬第一醫(yī)院、蘇州市兒童醫(yī)院、山西省曲沃縣中醫(yī)醫(yī)院合作完成了23名新生兒的概念驗(yàn)證臨床驗(yàn)證，證實(shí)了該系統(tǒng)的可靠性。如圖2d所示，結(jié)合小型、易部署的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，該系統(tǒng)可以自動(dòng)可靠地識(shí)別腦部發(fā)育風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高的新生兒，準(zhǔn)確率大于99%。

圖2 （a）可穿戴柔性無(wú)線IMU傳感器力電耦合特性（拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、折疊）；（b）人體機(jī)械聲學(xué)信息監(jiān)測(cè)（呼吸、脈搏、心動(dòng)）；（c）應(yīng)用驗(yàn)證過(guò)程中新生兒佩戴圖像（頭部、手腕及腳腕）；（d）機(jī)器學(xué)習(xí)算法數(shù)據(jù)流及準(zhǔn)確率。

綜上所述，該項(xiàng)工作為實(shí)現(xiàn)新生兒腦部發(fā)育疾病的大規(guī)模快速篩查提供了新的數(shù)字化方法與自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)于腦癱新生兒的超早期干預(yù)與康復(fù)具有重要意義。該研究成果以“Intelligence Sparse Sensor Network for Automatic Early Evaluation of General Movements in Infants”為題發(fā)表在了國(guó)際頂刊Advanced Science (中國(guó)科學(xué)院一區(qū)TOP，IF = 15.1)上。博士研究生鮑本坤為第一作者，張森浩博士后、成賢鍇研究員、楊洪波研究員和程寰宇教授為共同通訊作者。該研究獲得了中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作伙伴計(jì)劃、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

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http://doi.org/10.1002/advs.202306025