贴片共模电感选型要注意哪些？

研究内容

电生理图（EMG）和声学肌图（AMG）在评估肌肉功能、提供神经控制、肌肉激活和疲劳水平的有价值见解方面发挥着关键作用。然而，当前的环境揭示了双模可拉伸传感贴片的缺口，强调了在原位监测同步EMG和AMG传感中舒适且可穿戴解决方案的需求。在这项工作中，开发了一种双模可拉伸贴片（DMSP），它完全集成了多通道EMG电极与AMG传感器。即使在超过200%的应变下，DMSP也具有稳定的机电性能。其整体模量低于40kPa，皮肤粘附力超过30N m−1，DMSP表现出卓越的耐用性，能够承受1000次拉伸循环。在颈部旋转过程中，胸锁乳突肌的机械应变高达30%，DMSP能够同时监测EMG和AMG信号。DMSP在描述肌肉活动、促进对肌肉运动的深入研究以及因此提高康复医学和物理治疗临床结果方面证明是至关重要的工具。

研究背景

几种疾病，如肌肉萎缩和中风，涉及神经信号传导和肌肉活动的障碍。表面肌电图（EMG）是一种非侵入性技术，通过贴在皮肤上的电极测量肌肉的电气信号，广泛应用于临床诊断、康复和假肢控制。声学肌图（AMG）则通过测量肌肉纤维收缩或放松时产生的振动，提供肌肉激活模式、力量输出和疲劳水平的信息。

单一方法监测生理参数可能不足以实现准确的疾病诊断和外骨骼控制。EMG在检测细微肌肉活动方面有效，但容易受电气噪声干扰，且在疲劳期间信号显著减少。相比之下，AMG产生更纯净的信号，不受电气干扰，但对精细肌肉群的分辨率较低。结合EMG和AMG能够利用两者的优点，提高诊断准确性和控制精度。

可柔性多模式传感器可以实时监测生理参数，并有效减少运动伪像。近年来，柔性和可拉伸导电材料的研发进展，使得多模态生理传感器的集成成为可能，涵盖了多种生理参数的监测。然而，目前仍需开发柔软且可拉伸的贴片，以实现更舒适的检测方式。

研究思路

在此，我们报告了一个双模态可伸缩贴片（DMSP），它完全集成了多通道肌电图和AMG传感器在一个多层设备中。通过使用液体金属和局部硬化，实现了具有可拉伸的16通道肌电电极层的四通道AMG传感器层的分层。我们系统地评估了该装置在不同机械变形水平下的机电性能。DMSP在应变超过200%时获得了完全稳定的性能。DMSP具有16通道电极和4通道麦克风，即使在大的动态肌肉变形时，也可以同时监测肌电图和AMG信号分布。该DMSP对于推进我们对肌肉活动的理解，促进对肌肉运动的深入研究，加强在康复训练及相关领域的应用具有重要意义。

研究结果

图1.DMSP用于原位肌电图和AMG信号检测。a)DMSP在医疗领域的应用示意图。b)DMSP同时收集皮下肌肉产生的肌电图和AMG信号的图。c)DMSP的多层结构图。d)DMSP的图像显示了其优异的拉伸能力。e)与其他设备相比，DMSP在可拉伸性、通道数量和监控模式方面的性能。

图2.DMSP的关键性能。a)液态金属导线的可拉伸性能(0.5 mm宽，20 mm长；ΔR/R0：相对电阻变化）。b)液态金属丝(0.5 mm宽，20 mm长）在200%应变下的循环性能。c)在200%应变的1000次循环中，监测点与后电路（用蓝色圆圈标记）之间的连接的循环性能。d)道康宁734点和Ecoflex的粘合剂强度。e)DMDP和整齐的Ecoflex薄膜的拉伸性能。f)道康宁734-Ecoflex与人体皮肤的一层压敏粘合剂的粘附强度。

图3.肌电图电极和AMG传感器的信号采集性能。a)动态皮肤拉伸对商业电极和Ecoflex-Au电极记录的肌电号的影响。b)Ecoflex-Au电极在500次50%拉伸循环前后的肌电图信号的信噪比（平均± SD，n = 6，***p < 0.001，**p < 0.01，*p < 0.05，单因素方差测试）。c)动态皮肤拉伸、环境声音和Ecoflex拉伸对麦克风捕获的AMG信号的影响（平均± SD，n = 9，***p < 0.001，**p < 0.01，*p < 0.05，单因素方差测试）。d)拳头运动时的AMG信号。

图4.抓时肌电和AMG信号的DMSP采集和分析。a)DMSP的图像附着在被试者的手臂上。b)DMSP在握力范围为20~50lbf期间收集的肌电图和AMG信号的强度分布。c)在50 lbf的握力下，通过肌电通道11和AMG通道4产生的肌电和AMG信号的波形。d)比较的RMS值的肌电图和AMG信号监测点c)当抓住力从20到50磅，测量在最初的0.5秒，在整个运动，在最后0.5秒（意味着± SD，n = 9，***p < 0.001，**p < 0.01，*p < 0.05，单向方差分析测试）。

图5.颈部运动时的肌电图和AMG信号。a)非可伸缩的双模态装置（i、ii）和DMSP（iii、iii、iv）在运动前后附着在颈部的图像。b，c)由非可伸缩装置(b)和DMSP (c).监测的来自颈部左侧的EMG和AMG信号（EMG-C11和AMG-C4）的振幅和相应的时频图相应的通道如图S16（支持信息）所示。d)当患者向左转时，颈部左右两侧的肌电图和AMG信号的振幅映射。e)EMG和AMG的RMS信号值（左侧： EMG-C9、10、13、14和AMG-C3右侧： EMG-C1、2、5、6和AMG-C1）左右右转（平均± SD，n = 12、***p < 0.001、**p < 0.01、**p<0.05，单向方差分析测试）。

研究结论

综上所述，我们成功地制造了一种用于肌电和AMG信号同步双模态监测的DMSP，并将其应用于大变形静态和动态运动时的神经肌肉生理检测。该多层传感器由两部分、16通道可拉伸肌电图电极和4通道AMG传感器组成。DMSP的整体杨氏模量比皮肤的要小得多，并且在>值为200%的应变下保持稳定。DMSP表现出良好的长期静态和动态数据采集性能。此外，由于该传感器具有均匀的拉伸性和粘附性，即使变形较大，也能收集人体皮肤上的肌电图和AMG信号。本研究证明了一种设计良好的多层柔性一体式表皮肌电图和AMG装置具有良好的生理测量性能。我们设想，通过使用这种方法，多模态传感器将在一般医疗保健、疾病诊断、物理治疗和修复术中获得广泛的应用。

参考文献

https://doi.org/10.1002/adfm.202409780