呼吸狀況是與人體健康密切相關(guān)的重要生理指標(biāo)。用于呼吸模式識別的可穿戴式柔性呼吸傳感器因其可為個(gè)人醫(yī)療診斷、健康監(jiān)測等提供生理信號細(xì)節(jié)，因此受到廣泛關(guān)注。然而，目前基于柔性呼吸傳感器的智能口罩多采用單模檢測，只能檢測到相對較少的呼吸模式，尤其是缺乏準(zhǔn)確區(qū)分口呼吸和鼻呼吸的能力。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，中山大學(xué)陳弟虎教授、陳敏教授研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種智能口罩，其中包含用于識別多種呼吸模式的壓力和溫度雙模傳感器，能夠識別八種呼吸模式。得益于其實(shí)時(shí)識別和準(zhǔn)確區(qū)分口呼吸和鼻呼吸的能力，該智能口罩可用于監(jiān)測口呼吸綜合征的發(fā)展，在呼吸相關(guān)疾病的早期預(yù)警和診斷方面也具有巨大的潛力。相關(guān)研究成果已發(fā)表于Scientific Reports期刊。

該項(xiàng)工作中，研究人員通過構(gòu)建不同的傳感模型結(jié)構(gòu)，將一種具有優(yōu)異機(jī)械性能和溫度傳感性能的新型柔性碳納米纖維墊作為壓力和溫度傳感模塊的活性材料。壓力傳感器表現(xiàn)出高靈敏度，適用于檢測呼吸氣流產(chǎn)生的壓力，可以檢測人體的各種生理信號。溫度傳感器可以通過感應(yīng)口鼻呼吸引起的微小溫度變化來實(shí)現(xiàn)非接觸式溫度檢測。

安裝在智能口罩上的雙模傳感器，用于檢測呼吸引起的壓力和溫度變化

對于智能口罩中用于呼吸監(jiān)測的柔性傳感器而言，非接觸式溫度檢測能力是必不可少的。為了驗(yàn)證該雙模傳感器的兩種傳感模式可以獨(dú)立工作，研究人員對其同時(shí)開展溫度和壓力檢測。結(jié)果證明，該雙模傳感器的各個(gè)傳感模式可以獨(dú)立工作、互不干擾。該獨(dú)特功能使其在呼吸監(jiān)測智能口罩和人工智能電子皮膚中具有廣闊的應(yīng)用前景。

安裝在手套上的傳感器靠近（a）冷物體、（b）熱物體和（c）正常物體的紅外熱成像，（d）傳感器實(shí)時(shí)輸出電流和電阻響應(yīng)圖

研究人員基于該雙模傳感器制備了智能口罩，并集成了一個(gè)帶指示器的小型測量電路，用于實(shí)時(shí)顯示不同的呼吸狀態(tài)。研究表明，該智能口罩可以持續(xù)監(jiān)測和分析呼吸狀況，包括鼻正常呼吸、鼻淺呼吸、鼻深呼吸、鼻急呼吸、咳嗽、屏氣、口正常呼吸和口緩慢呼吸等八種呼吸模式。該雙模傳感器的壓力傳感模式具有高靈敏度，可以檢測呼吸氣流、聲音和動(dòng)脈脈搏產(chǎn)生的小壓力信號，溫度傳感模式可以實(shí)現(xiàn)對口鼻呼吸引起的微小溫度變化的非接觸式檢測。未來，該雙模傳感器可以進(jìn)一步與無線讀出電路和移動(dòng)應(yīng)用程序相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)無線呼吸監(jiān)測。

（a）不同壓力強(qiáng)度下呼吸模式的檢測信號，（b）屏氣，（c）咳嗽，（d）口呼吸和鼻呼吸的紅外成像，（e）鼻呼吸和口呼吸狀態(tài)下的壓力和溫度響應(yīng)，（f）通過連續(xù)的口鼻呼吸反應(yīng)信號來識別呼吸模式，（g）智能口罩通過監(jiān)測溫度來區(qū)分口鼻呼吸

研究人員分析認(rèn)為，與以往報(bào)道的呼吸監(jiān)測技術(shù)相比，該智能口罩有兩方面優(yōu)勢：一是實(shí)現(xiàn)了對口呼吸和鼻呼吸的準(zhǔn)確區(qū)分，可以預(yù)防口呼吸綜合征；二是其雙模傳感方式可以實(shí)現(xiàn)前所未有的多種呼吸模式監(jiān)測，從而對人體生理學(xué)進(jìn)行更詳細(xì)地分析。該智能口罩還在監(jiān)測患有呼吸疾病（如COVID-19、肺炎等）患者的呼吸模式方面具有潛在應(yīng)用，將有利于疾病的早期預(yù)警和診斷。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41598-022-21572-y

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編輯：黃飛

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