A skin-interfaced wireless wearable device and data analytics approach for sleep-stage and disorder detection

可穿戴计算机 睡眠(系统调用) 生命体征 计算机科学 分析 可穿戴技术 医学 物理医学与康复 人工智能 嵌入式系统 数据挖掘 操作系统 外科
作者
Yayun Du,Jianyu Gu,Shiyuan Duan,Jacob Trueb,Andreas Tzavelis,Hee‐Sup Shin,Hany Arafa,Xiu‐Yuan Li,Yonggang Huang,Andrew N. Carr,Charles R. Davies,John A. Rogers
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (23) 被引量:3
标识
DOI:10.1073/pnas.2501220122
摘要

Accurate identification of sleep stages and disorders is crucial for maintaining health, preventing chronic conditions, and improving diagnosis and treatment. Direct respiratory measurements, as key biomarkers, are missing in traditional wrist- or finger-worn wearables, which thus limit their precision in detection of sleep stages and sleep disorders. By contrast, this work introduces a simple, multimodal, skin-integrated, energy-efficient mechanoacoustic sensor capable of synchronized cardiac and respiratory measurements. The mechanical design enhances sensitivity and durability, enabling continuous, wireless monitoring of essential vital signs (respiration rate, heart rate and corresponding variability, temperature) and various physical activities. Systematic physiology-based analytics involving explainable machine learning allows both precise sleep characterization and transparent tracking of each factor’s contribution, demonstrating the dominance of respiration, as validated through a diverse range of human subjects, both healthy and with sleep disorders. This methodology enables cost-effective, clinical-quality sleep tracking with minimal user effort, suitable for home and clinical use.
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