用于埃塞俄比亚新生儿健康监测的柔性一体化纳米膜可穿戴系统：推动资源匮乏地区医疗创新的突破性研究

针对埃塞俄比亚新生儿监护中监测手段间断、人工依赖度高的问题，研究人员开发了一种柔性一体化纳米膜可穿戴系统，实现心电图（ECG）、心率、呼吸频率、体温和血氧饱和度（SpO2）等多参数临床级连续无线监测。该系统显著降低运动伪影，与医院设备高度吻合，家长满意度达84%，为资源匮乏地区提供了低成本、高效能的监护解决方案。

　　

在全球范围内，新生儿死亡率仍然是一个严峻的公共卫生挑战，尤其是在医疗资源匮乏的地区。2022年，全球共有230万新生儿在出生后28天内死亡，其中近一半发生在撒哈拉以南非洲地区。埃塞俄比亚虽在降低儿童死亡率方面取得进展，但新生儿死亡率下降缓慢，从2005年到2019年仅每年下降0.6‰，导致新生儿死亡占五岁以下儿童死亡的比例从32%升至55%。在埃塞俄比亚最大的公立转诊医院——提库尔安贝萨专科医院（TASH），新生儿死亡率高达29.7%，主要死因包括感染、早产、窒息和先天性畸形。尤为突出的是，低体温是导致早产儿死亡的重要因素，95.9%死亡早产儿的入院体温低于36.5°C。

造成这一状况的根本原因在于医疗资源的严重不足：训练有素的新生儿护理护士短缺，护患比例低至1:5至1:8，设备匮乏，感染防控资源不足，且缺乏对生命体征的连续监测，导致无法及时发现危重症情况。目前，TASH的新生儿监测仍依赖体温计、脉搏血氧仪以及人工计数心率和呼吸频率。这些方法不仅操作繁琐、需要多种设备，还因间歇性测量而容易遗漏关键病情变化，例如低体温、呼吸窘迫和呼吸暂停。此外，频繁的人工操作会打扰患儿休息，多传感器贴附也引起不适。

为解决这一问题，研究团队开发了一款柔性、一体化、纳米膜集成的可穿戴系统，专为低资源环境下的新生儿连续无线监测设计。该系统通过先进的封装技术，实现了胸部贴片和额头脉搏血氧仪的同步工作，实时数据传输至智能手机应用程序，可监测心电图（ECG）、心率、呼吸频率、体温和血氧饱和度（SpO₂）等临床级参数，与医院级台式设备相关性高，运动伪影显著减少。这项试点研究表明，该系统通过提供持续监护、避免危重事件漏诊、并自动化监测流程，显著改进了现有方法，且84%的家长表示愿意在家中使用。

该研究主要依托多项关键技术方法实现：采用柔性印刷电路板（PCB）与纳米膜封装工艺制造可重复使用的干电极传感器和脉冲血氧模块；集成低功耗蓝牙（BLE）无线通信与边缘计算算法，实现离线心率、呼吸频率、血氧和体温的实时计算；开发跨平台移动应用（基于Flutter框架），支持无网环境下数据本地存储与后续云端同步；通过临床试点研究，在TASH医院NICU对25名新生儿（包括早产和足月儿）进行设备验证，与传统手动及心电图导联监测方法对比。

研究结果部分通过多维度实验与数据分析验证了系统的可行性与优越性：

设计与结构特性：胸部设备采用多层聚酰亚胺（PI）基柔性电路，集成处理模块、传感器、天线和互连部件，完全由防水弹性体封装包裹，总功耗仅5mW（蓝牙连接时），使用70mAh锂聚合物电池可连续工作14小时。干电极PCB通过扁平柔性电缆（FFC）连接器与主板接插，信号质量显著优于传统凝胶电极，信噪比（SNR）达25.35 dB（凝胶电极为12.06 dB）。电极可重复插拔30次，单次替换成本仅1.95美元。弹性体基粘合剂耐受20次异丙醇消毒后仍保持粘附力，温度传感器在23°C至43°C范围内跟踪精度高，设备热安全性良好，发热可忽略。

额头脉搏血氧仪设计为可固定于头带的柔性设备，采用MAX30102传感器发射660 nm和940 nm波长光，测量前额血氧，该位置血管密度高、运动伪影少，尤其适用于低体温导致末梢灌注不足的新生儿。设备功耗同胸部模块，使用110mAh电池可运行22小时，经n=15成人呼吸暂停试验验证，与参考设备一致性高（73-100%），且柔性电路经万次180°弯曲后电阻变化可忽略。

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NICU实时测量研究：在25名新生儿中开展试点，对比传统手动测量（听诊、夹式血氧仪、腋温计）与心电图连续监测参考。结果显示，手动测量部分，系统与参考值的心率平均差为12 bpm（95% CI: -49,72），呼吸频率平均差-1.4次/分钟（95% CI: -25,22）；而心电图参考部分，心率平均差降至4.8 bpm（95% CI: -7.5,17），呼吸频率平均差2.6次/分钟（95% CI: -4.7,9.8），血氧饱和度（SpO₂）平均差为-1.6%（手动）和-0.04%（心电图），一致性显著提升。数据波动部分归因于新生儿呼吸性窦性心律失常（心随呼吸快速变异10-20 bpm）及人工记录延迟。

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系统验证与可接受性：心电图采样率250 Hz，经潘-汤普金斯算法（Pan-Tompkins algorithm）实时提取QRS复合波，计算心率和呼吸频率（基于呼吸调制波插值）。光电容积脉搏波（PPG）采样率50 Hz，经AC/DC分量比计算SpO₂，校准曲线与参考设备（BioRadio）高度一致。移动应用集成红标警报功能，自动识别心率（<100或>160 bpm）、呼吸频率（<30或>60次/分钟）、体温（<36.5°C或>37.5°C）和血氧饱和度（<90%）异常，通过颜色编码界面和振动提示医护人员。家长调查显示，48%认为设备易用，84%愿意在家使用，89%认为用户友好，但89%强调需专业培训支持。

研究结论与讨论部分强调，该系统通过柔性电子、低功耗无线通信与边缘智能计算，实现了资源匮乏地区新生儿多参数连续监测的突破。与传统方法相比，它显著减少了对患儿的干扰，降低了漏诊风险，且成本低廉、组件可替换，适合长期使用。额头血氧监测的创新设计克服了末梢灌注不足的限制，提升了数据可靠性。尽管家长对设备外观和培训需求存在顾虑，但整体接受度高。该研究为达成联合国可持续发展目标（SDG 3.2）——2030年将新生儿死亡率降至12‰以下提供了技术路径，并为后续百名样本的扩大研究奠定基础。未来工作将聚焦于硬件加固、外观优化及培训计划开发，以进一步推动该技术在低资源环境的临床应用。

该论文发表于《npj Digital Medicine》（2025年8卷），由埃塞俄比亚与美国多家机构合作完成，第一作者单位包括乔治亚理工学院机械工程学院，属国外研究团队。