昆明理工大学熊鑫、徐汉正、何建峰等研究人员联合云南省第一人民医院蔡云英医生及阜外云南医院苏恒，在《生物医学工程快报》发表论文，介绍一款腕式经皮二氧化碳（CO2）监测原型设备。该原型机将微型非色散红外（NDIR）CO2传感器与3D打印腕部微腔结合，通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜缓冲界面与“R平方最大速率窗口”统计算法，成功解决可穿戴经皮气体监测长期存在的信号漂移与干扰难题。
传统经皮CO2监测需加热皮肤至体温以上以驱动气体扩散，设备通常体积庞大且需连接床边仪器。近期研究致力于开发适用于日常、睡眠或运动场景的小型低功耗腕戴设备，但皮肤释放的气体极易受汗液、湿度、冷凝水及传感器微小位移影响，导致红外信号失真，读数往往需数分钟才能稳定。
新原型机的核心检测技术基于NDIR原理：CO2分子在约4.26微米波长处强烈吸收红外光。传感器置于3D打印的微腔内，使从皮肤扩散出的气体在光学路径上方微小封闭空间内快速富集。为抑制环境干扰，研究团队在皮肤与微腔之间引入一层100微米厚的PDMS柔性硅胶膜。该材料对CO2等小分子气体具有极高透过性，同时能有效阻隔液态水并缓冲运动引起的湍流，在保障秒级气体扩散的同时充当机械与湿度缓冲层。实验表明，0.3厘米的气隙高度能在快速富集与机械容差间取得最佳平衡。
在算法层面，团队摒弃等待信号完全平稳的传统做法，转而采用滑动窗口线性拟合方法。通过对原始信号进行中值滤波与局部多项式平滑后，计算每个窗口的决定系数（R-squared）、下降比率与斜率，仅保留满足线性上升约束的有效窗口，并以R-squared最大的窗口作为最早可信读数。在八次健康志愿者腕部测试中，无硅胶膜条件下算法仅能识别出四组有效窗口；加入PDMS膜后，所有测试均成功提取有效读数。带膜条件下的中位上升速率为每秒0.954个原始单位（四分位距仅0.105），信号稳定性显著优于无膜组的每秒1.159（四分位距达0.581）。有效窗口中心时间也从360秒缩短至280.5秒。
补充实验显示，该设计在重复性测试中表现一致，且在运动后高代谢CO2排放场景下仍能可靠提取早期窗口。研究团队强调，目前成果仅为健康志愿者的原型机工程验证，尚未开展临床准确性试验。设备刻意未采用传统经皮监测器的皮肤加热元件，读数反映的是常温皮肤扩散气体，未来仍需通过与金标准血气分析校准、呼吸系统疾病患者测试以及睡眠与长期佩戴验证，才能确定其是否满足定量临床使用要求。
该研究提出的统计质量控制方法将传感器的上升瞬态转化为信息资产，为连续生物医学信号的早期提取提供了新思路。若后续验证顺利，这款可依托腕带运行、依靠低功率红外传感并通过硅胶接口抗干扰的设备，有望为慢性阻塞性肺病、睡眠呼吸障碍及神经肌肉疾病患者提供无需采血或频繁就诊的间歇性CO2监测方案。