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海龟激发心脏监测器设计灵感

学术 2024-10-29 15:30 北京

研究人员热衷于开发替代性的低成本解决方案来监测心脏健康，让人们可以在家中使用它，从而取代医生使用听诊器或超声心电图的方式。如今，中国的一个团队受海龟听觉系统的启发，发明了一种心脏监测系统。

海龟的耳朵能够探测低频信号，尤其是300到400赫兹的信号。在了解海龟耳朵内部的工作原理后，中北大学讲师臧俊斌和他的同事产生了兴趣。

“心音也是低频信号，因此海龟耳朵的低频特性为我们提供了重要的灵感。”臧俊斌解释道。

乍一看，海龟似乎没有耳朵，它们没有外耳道。实际上，它们的听觉系统位于一层皮肤和脂肪之下，海龟会通过这层皮肤和脂肪来接收振动。就像人类一样，当声音撞到一小块骨头时，骨头会产生振动，并将这种振动转化为电信号，发送到大脑进行处理。

海龟也有一个独特的细长T形导管包裹着它们的耳骨，这限制了T形耳骨的运动，因此它们只能以垂直方式振动。这种设计可以实现较高的灵敏度。

臧俊斌和他的同事利用微机电系统（MEMS）悬臂梁传感器创造了一个类似的T形心音传感器。声音撞到传感器时，振动会导致其悬臂梁变形，然后，电压电阻的波动会转化为电信号。

研究人员首先在实验室测试了该传感器探测声音的能力，然后在两名20岁出头的志愿者身上测试了它监测心跳的能力。相关研究于2024年4月1日发表在了《IEEE传感器杂志》，研究结果表明，该传感器能够有效地检测心跳的二相参数。

“该传感器具备出色的振动特性。”臧俊斌说。他指出，与市场上的其他感应器相比，它具有更高的振动灵敏度。

不过，目前该传感器也接收到了大量的背景噪声。臧俊斌表示，他的团队计划在今后的工作中解决该问题。最终，他们有兴趣将这种受生物启发的新颖传感器集成到他们之前打造的设备中，包括便携式手持和可穿戴版本，以及用于医院的较大的版本，将其用于同时监测心电图和心音图信号。

作者：Michelle Hampson

IEEE Spectrum

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