撰稿：中国科学院苏州医工所 张森浩
体温是一个十分重要的人体生命体征，它提示我们发烧以及一些潜在的生理周期，同时最近的研究表明，体温与诸如饮食，运动强度和压力等活动相关。然而，这一切意义的体现都依托于对体温的连续监测。但是，我们不可能频繁地使用体温计来实现连续、动态的体温监测，所以发展可穿戴的连续体温监测至关重要。
当前的可穿戴设备如Apple Watch配备了温度传感器，但这些设备仅能提供一日的平均温度读数，并且由于手腕和手部的温度数据受噪声干扰较大，不足以用于追踪排卵过程。因此，研究人员正在考察耳环这一独特穿戴方式的潜在应用，特别是那些可能对女性及时尚关注者具有吸引力的应用。
研究人员惊喜的发现，耳环似乎可以成为新的体温连续监测载体。智能测温耳环的研发有什么优势呢？
（1）耳环通常在一天的大部分时间内连续佩戴，为持续监测生理信号提供了独特的机会。
（2）耳环提供了与皮肤更加紧密的连接，这保障了更加稳定、精准的信号。
（3）耳环位于人体头部，尴尬、感到压力等情绪会导致大量血液流向头部和耳朵，会导致耳垂温度的变化，因此这也可以成为一种情绪监测的手段和方法。
如图1所示，华盛顿大学的研究团队推出了“热耳环（Thermal Earing）”，这是一种无线可穿戴设备，可以持续监测用户的耳垂温度。
小而舒适的无线温度传感平台
智能耳环的重量不应该太大，否则会对耳朵造成极大的负担，从而降低人们的佩戴意向。同时连续监测又需要更长的续航，势必会增加重量，因此研究人员由于尺寸和重量的限制，有限的电池容量需要仔细的低功耗和小尺寸系统的协同设计。
如图2所示，研究人员通过进一步优化结构设计，进行低功耗程序节点的优化，将重量降低至0.335g，最大尺寸为31mm×11.3mm，同时低功耗蓝牙可以保障28天连续使用。
双传感器温度模式
人体皮肤温度不可避免地受到环境温度的干扰，因此研究团队采用双传感器可以同时感应耳垂和环境空气温度。这种设计有助于区分用户的体温变化和环境变化。一个温度传感器被设计成直接接触耳垂皮肤以感测耳垂温度，而另一个被嵌入悬挂部分以感测耳朵周围的环境空气温度（悬空温度）。这种设计一方面可以有效评估耳垂温度的准确性，另一方面同步探测环境温度可以在未来拓展出更多的应用，提高了其监测体温变化的精准度和实用性。
该成果以Thermal Earring: Low-power Wireless Earring for Longitudinal Earlobe Temperature Sensing为题，发表在 Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies（IMWUT）。
研究人员通过工程技术革新实现无线智能测温耳环，这种兼具时尚性和功能性的可穿戴新单品，势必会引起新一轮的热潮。研究人员对一些潜在的应用场景进行了初步构建。
连续体温监测（发烧监测）
当孩子持续发烧需要监测时，当老人卧床需要实时掌握其体温时，我们都需要一个可以连续进行体温监测的产品，研究人员进行了发烧中和食用布洛芬降温后的连续监测，从图3中可以看到蓝色的耳温曲线可以实时地探测到体温下降的趋势，而黄色悬空温度传感器由于受到人体高温的影响，在发烧期间变化更大，所以无线智能测温耳环提供了发烧监测的新方法和新手段。
饮食代谢监测
进食是一项重要的日常活动，已知会轻微增加体温。一般来说，由于与消化过程相关的代谢率增加，核心体温在进食后30分钟至1小时内开始上升。此外，因为嘴巴靠近耳垂，咀嚼的动作和食物的热量也会升高耳垂的温度。如图4所示，研究者通过实验证明耳垂温度在进食开始前后有明显的变化。这些实验结果证实了与进食行为相关的体温变化，并证明了利用智能测温耳环作为进食活动的非侵入性检测器的潜力。
运动体温监测
运动是另一种对人体核心体温和皮肤温度有明显变化的常见活动。在运动过程中，由于肌肉的代谢活动增加，核心体温升高。如图5所示，研究者通过实验证明运动前和运动中耳垂温度有非常显著的变化。这些发现表明使用耳垂温度作为监测运动生理反应的非侵入性生物标志物的潜在应用价值。
环境温度变化
如图6所示，智能测温耳环的悬挂温度往往反映环境温度的变化，而耳垂温度保持相对稳定，与核心体温保持一致的偏移。因此，智能测温耳环可以有效检测环境温度的变化。
总结与展望
从这些发烧，饮食，运动，和环境变化的初步验证结果可以发现：智能耳温传感器在这些不同场景下温度变化模式不同。环境变化（如室温升高或降低）时，耳垂温度与悬空温度有着更明显的对比。相反，由于发烧、进食和运动引起的体温变化会导致耳垂温度发生更大的变化，而对悬空温度的影响较小。
此外，温度变化的绝对值可以提供另一方面的参考，例如与其他活动（如进食）相比，发烧会促使耳垂和悬挂温度升高更加明显。
总而言之，华盛顿大学的研究人员为各种原因下的人体耳垂温度变化模式，提供了有价值的工具——“热耳环（无线智能测温耳环）”，在这些场景中的应用，值得在未来进一步探索。
论文信息
Xue Q S, Liu Y, Breda J, et al. Thermal Earring: Low-power Wireless Earring for Longitudinal Earlobe Temperature Sensing[J]. Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies, 2024, 7(4): 1-28.
编辑：赵阳
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