口罩是一種常用且有效的醫(yī)學防護用品，佩戴口罩可以防止因打噴嚏、咳嗽、大聲說話等產(chǎn)生的飛沫噴濺，還可以減少空氣中顆粒物和刺激性氣體對呼吸道的刺激，因此可以有效預防各種呼吸道疾病的發(fā)生和傳染病的傳播。而自2019年底由新型冠狀病毒Covid-19引起的呼吸道傳染病出現(xiàn)以來，人們在將近三年的時間里一直生活在對新冠疫情的恐懼中，口罩更是因此成為人們?nèi)粘５谋匦杵贰８鶕?jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，截至2022年8月，全球有約6億確診病例，且已有600多萬人死于新冠。盡管世界范圍內(nèi)已開始大規(guī)模接種疫苗，但新冠的威脅仍未解除，大多數(shù)科學家依舊預計在未來很長一段時間內(nèi)病毒都不會完全消失。鑒于該病毒傳播的主要途徑是呼吸道飛沫，越來越多的證據(jù)已經(jīng)表明，全體佩戴口罩對于預防此類傳染性呼吸道疾病至關重要。因此，戴口罩已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪械囊环N常態(tài)。而隨著口罩的普及，由此帶來的生活上的不便也逐漸浮現(xiàn)出來，其中一個方面是，口罩會對人聲造成衰減，特別是其高頻成分，從而導致語音的清晰度下降，同時也會影響與人聲有關的健康監(jiān)測數(shù)據(jù)。另一方面，人體呼吸、咳嗽、語音等的日常監(jiān)測對于呼吸道相關疾病的檢測和輔助診斷十分有意義。例如咳嗽作為一種常見的呼吸道疾病癥狀，其頻率、強度和發(fā)作時間都對診斷有重要作用，以往此類信息主要依靠患者的回憶和講述，存在不確定性，因此日常數(shù)據(jù)監(jiān)測十分有必要。
近期有研究探討利用對人體呼吸、咳嗽和語音的監(jiān)測，結(jié)合人工智能（AI）的方法幫助區(qū)分出有呼吸類疾。ㄈ缦偃湛，支氣管炎）的患者，及新冠感染者。當前，科研人員主要通過手機軟件、網(wǎng)絡平臺向公眾征集所需的音頻（即呼吸、咳嗽和語音）樣本，用于構(gòu)建人工智能模型、完善機器學習算法，以便發(fā)現(xiàn)患者的聲音特征。然而從衛(wèi)生角度來看，在開放的表面咳嗽或說話可能導致疾病進一步傳播。另外，用傳統(tǒng)麥克風進行日常監(jiān)測時會受到周圍環(huán)境噪音和其他人聲音的影響。因此，我們提出在口罩上集成自主研發(fā)的超薄海綿結(jié)構(gòu)傳感器，利用口罩來監(jiān)測人體的日常呼吸、咳嗽和語音，其具有可靠性高，私密性好，方便佩戴進行日常監(jiān)測等優(yōu)點。在佩戴口罩預防疾病傳播的同時，也避免了檢測過程中口罩對聲音的衰減以及周圍噪音的影響。采集到的信號通過人工智能技術進行進一步處理和分類，旨在通過佩戴智能口罩實現(xiàn)人體呼吸，咳嗽和語音監(jiān)測進而輔助疾病的篩查和診斷。
圖1 基于海綿結(jié)構(gòu)傳感器的集成智能口罩
圖2. 利用該集成的智能口罩監(jiān)測人體呼吸，咳嗽和語音（“Robot”）
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202203565
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