Гибкий датчик упростил мониторинг дыхания
Китайские ученые разработали компактный гибкий сенсор для мониторинга дыхания за счет разности температуры вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Он автоматически обрабатывает сигнал и определяет остановку дыхания. Такой сенсор подходит для мониторинга дыхания через нос и через рот, а применять его можно как во время физических нагрузок, так и во время сна. Статья опубликована в журнале Advanced Electronic Materials.
Регулярное апноэ во сне (остановка дыхания во время сна более чем на десять секунд) приводит к дневной усталости и увеличивает риск повышенного давления, сердечного приступа, инсульта или проблем с печенью. Для медицинской диагностики этого заболевания необходим мониторинг дыхания, а проводят его сейчас двумя способами. Первый позволяет регистрировать дыхание с помощью датчиков непосредственно на лице: они измеряют температуру, влажность и изменение давления. Такой подход реализован в полисомнографе, который измеряет несколько разных физиологических параметров во время сна, но приносит некоторый дискомфорт пациенту.
Второй подход состоит в измерении движения грудной клетки или живота пациента при дыхании, и они уже есть в коммерческом использовании (например, Spire). Например, в прошлом году американские инженеры разработали специальную пижаму для сна, которая отслеживает частоту сердечных сокращений, дыхание и позу спящего человека.
Однако оба механических метода мониторинга часто подвержены ошибкам, вызванными произвольными движениями человека. Именно поэтому ученые пытаются создать компактный и точный датчик, который бы измерял дыхание человека и не мешал. Сюэ Фэн (Xue Feng) из Университета Цинхуа разработал гибкое устройство для мониторинга дыхания, работающее за счет разной температуры вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Устройство состоит из датчика температуры, располагающегося под ноздрями пользователя, и интегральной схемы на гребне носа: положение датчика не стесняет движений пользователя, а его измерения от них не зависят.
Чтобы датчик переводил разность температур в циклы дыхания, ученые разработали термическую модель для предсказания паттерна дыхания. Они предположили, что скорость дыхательного потока синусоидальная, а поток температуры имеет ступенчатую зависимость. После моделирования дыхания при различных условиях исследователи заметили, что скорость потока меняется экспоненциально, в то время как средняя температура (среднее между максимальной и минимальной) остается постоянной. При это время ответа сенсора прямо пропорционально зависит от коэффициента конвекционного теплообмена, который, в свою очередь,