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围绕“健康中国2030”规划，面向人民生命健康，聚焦国家大力发展智能可穿戴多模态诊疗设备的重大需求，本课题组聚焦基础研究、工程转化与转化应用相结合的医工交叉领域，拟攻克基于力、热、声、光、电等多模态柔性可穿戴智能实时监测及精准治疗系统中的关键科学问题与技术难题，为原创技术转化和原型样机研发提供重要理论和核心技术支撑。
主要研究方向：
1. 可穿戴超声系统及其生物医学应用（核心主攻方向）
利用超声无辐射、高穿透和时空分辨率高的优势，融合超声换能器、集成电路、超声成像算法与人工智能技术，研制适用于人体深部组织的穿戴式一体化诊断（超声成像）、治疗（神经调控）、诊疗一体（超声脑机接口）设备。
2. 柔性可穿戴传感器及其生物医学应用
依托柔性传感元件同步采集人体生物电（心电、肌电、脑电等）、生物物理（力、温度、声等）、生物化学（电解质、代谢分子、酸碱、蛋白质、炎症、药物、重金属等）多维度生理信息，针对心血管、运动、神经、呼吸等多系统重大疾病，构建轻量化柔性穿戴式监测与干预诊疗方案。
3. 生理信号采集输入集成电路与无线传输技术面向多模态人体生理信号处理需求，同步研发信号采集、信号输入一体化专用集成电路，配套搭建稳定高效无线数据传输体系，为各类穿戴式生物医学设备提供完整硬件传输底层载体。
4. 人工智能与多模态生物信号智能解析技术针对设备采集的生物电、生物理化、深层组织超声等多源异构生理数据，创新多模态人工智能处理算法，实现人体健康状态精细化解析、病灶精准诊断与疾病风险动态预测。
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1、人体认知
人是一个高级、复杂、精密的生命体。解剖学认为，人体可以分为皮肤系统、神经系统、呼吸系统、循环系统等多个复杂系统，它们使这生命体的协调、高效、自动运转。然而，人从生殖细胞至死亡来临，均需要维持正常的生理状态，即为健康状态。因此，为了实现疾病的监测、诊断、预防和治疗等通常管理模式，需要深入临床对人体的生理系统和不同状态下的生理状况有清晰认知。
2、生物医学工程学科发展方向
生物医学工程是一门由理、工、医相结合，在多层次上研究人体的结构、功能及其相互关系,揭示其生命现象,为防病、治病提供新的技术手段的一门综合性、高技术的学科。从当前生物医学工程的发展而言，它更是打破了传统单一生物学科和单一研究尺度，逐渐形成从微观分子到族群层面，从纳米尺度到族群尺度的高内涵和跨尺度研究。需要拥有多学科前沿交叉思维，揭示多模态生化和物理信息影响人类重大疾病的发生发展规律和机制，并开发生物医学信息提取/处理、理解/认知和干预/调控的关键技术和设备，从而解决长期困扰并影响人类健康的重大疾病。
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围绕开发多模态柔性可穿戴智能实时监测及精准治疗系统，本课题组的研究内容如下图所示：
研究内容图
具体研究内容包括：
（1）柔性可穿戴生物传感系统: 开发基于力、热、声、光、电和化学等物理量的柔性传感器，通过材料和结构设计，实现高灵敏度、高信噪比、宽工作区间、响应速度快、循环稳定性好、抗复杂环境应力、生物相容性、舒适性、透气性等的传感系统，实现人体多种物理和化学生理信息的实时、长期和舒适性监测。（2）柔性衬底基柔性电子电路：开发基于柔性或可拉伸衬底的柔性电子电路，实现采集的生理信号放大、滤波、模数转换等处理；同时在片上集成机器学习算法，获得生理信号的高精准分析，为疾病诊断提供快速且可靠的智能支撑；利用5G/6G高速通信或无线蓝牙等基础物联网设施，实现对处理数据的快速传输。
（3）定制化实时显示终端系统：开发个性化移动终端应用APP，接收处理后的生理数据，实现数据的更多维度的分析，将健康数据可视化显示给用户；基于用户长期监测的健康数据，进行智能预警，并上传、下载和分发至临床一线医生，从而构建个性化的长期健康管理系统，为疾病的个性化诊断、预防和治疗提供数据支撑。
（4）柔性可穿戴生物治疗系统：基于监测的健康数据，对于需要用药的用户及时就诊，并在医生指导下用药；对于药物疗效不佳和药物依从性差等导致疾病控制率低的问题，开发基于力、热、声、光、电等多模态的柔性可穿戴智能诊疗设备，并开展治疗效果的预临床实验评估，并建立柔性可穿戴系统用于疾病治疗的评价方法。
研究范式图