用于術(shù)后血管并發(fā)癥監(jiān)測(cè)的植入式傳感器

在涉及血管吻合的手術(shù)中，確保血流通暢并監(jiān)測(cè)血管并發(fā)癥的發(fā)生至關(guān)重要。目前，植入式傳感器在心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、癌癥治療和健康監(jiān)測(cè)等多種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用和探索。這些傳感器可以在手術(shù)過(guò)程中輕松放置，提供直接、連續(xù)和更高精度的監(jiān)測(cè)，具有無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院、附屬瑞金醫(yī)院的研究團(tuán)隊(duì)在Advanced Sensor Research期刊上發(fā)表了題為“Implantable Sensors for Post-Surgical Monitoring of Vascular Complications”的文章，綜述了用于術(shù)后血管監(jiān)測(cè)的各類植入式傳感器，探討了多項(xiàng)有望為術(shù)后監(jiān)測(cè)提供有益借鑒的臨床前研究進(jìn)展，并對(duì)術(shù)后監(jiān)測(cè)植入式傳感器的未來(lái)研究方向進(jìn)行了展望。

根據(jù)是否使用物理線路與外部技術(shù)接口，植入式傳感器可以分為有線和無(wú)線傳感器。根據(jù)測(cè)量物理參數(shù)的不同，植入式傳感器分為機(jī)械傳感器、光學(xué)傳感器、熱傳感器、超聲波傳感器等類型。根據(jù)患者的病情、疾病、手術(shù)類型，以及手術(shù)血管的位置和大小，監(jiān)測(cè)方法和要求也有所不同。

通過(guò)植入式傳感器直接監(jiān)測(cè)血管

（一）利用機(jī)械傳感器。基于機(jī)械方法的血管監(jiān)測(cè)傳感器的傳感機(jī)制包括電容式、壓阻式、壓電式和摩擦電效應(yīng)。這些類型的傳感器靠近血管時(shí)，可以識(shí)別機(jī)械信號(hào)的變化，并將壓力或應(yīng)變下的電阻、電容或感應(yīng)電荷的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。Bao等人報(bào)道了一種用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)脈血流的可生物降解的壓力傳感器，該傳感器可以包裹在不同直徑的動(dòng)脈外，使用后不需要移除（圖1）。Li等人提出了通過(guò)電場(chǎng)輔助3D打印的原位極化鐵電人工動(dòng)脈，用于無(wú)電池實(shí)時(shí)血壓傳感和閉塞監(jiān)測(cè)（圖2）。此外，還有研究報(bào)道了一種生物可吸收摩擦電傳感器（BTS），該傳感器可以植入體內(nèi)，可以根據(jù)摩擦起始效應(yīng)成功識(shí)別大型動(dòng)物的血管閉塞，將舒張期和收縮期血管變化的生物力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（圖3）。

圖1 可生物降解的柔性動(dòng)脈脈搏傳感器，用于無(wú)線監(jiān)測(cè)血流

圖2 直接3D打印的多功能人工動(dòng)脈，內(nèi)置鐵電和組織匹配模量，用于實(shí)時(shí)傳感和阻塞監(jiān)測(cè)

圖3 用于心血管術(shù)后護(hù)理的生物可吸收摩擦電傳感器

（二）利用超聲波傳感器。超聲檢查是一種基于超聲波的診斷技術(shù)，通過(guò)超聲波的反射效應(yīng)使組織可視化。其中，多普勒模式已廣泛應(yīng)用于臨床環(huán)境中的血管檢查，通過(guò)多普勒效應(yīng)評(píng)估相對(duì)于探頭的血液運(yùn)動(dòng)方向和相對(duì)速度，從而獲得血流速度和頻率信息。以Cook–Swartz多普勒探頭為代表的植入式多普勒探頭，已在臨床實(shí)踐中被廣泛用于監(jiān)測(cè)吻合后血管，包括游離皮瓣移植和器官移植。不過(guò)，由于尺寸和壽命的限制，目前仍缺乏理想的無(wú)線植入式超聲波傳感器，無(wú)線電力傳輸?shù)燃夹g(shù)的應(yīng)用有望為該問(wèn)題提供解決方案。

通過(guò)植入式傳感器間接監(jiān)測(cè)血管

（一）通過(guò)監(jiān)測(cè)組織氧合。對(duì)于器官移植和重建手術(shù)來(lái)說(shuō)，術(shù)后血管并發(fā)癥的直接影響及嚴(yán)重后果是移植物缺血，而組織氧合檢測(cè)是早期應(yīng)對(duì)這種情況的關(guān)鍵。目前在臨床實(shí)踐中使用的近紅外光譜方法通常受到穿透深度的限制。Sonmezoglu等人開(kāi)發(fā)了一種無(wú)線超聲驅(qū)動(dòng)的植入式發(fā)光氧傳感器，可用于連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量厘米深度的氧含量（圖4）。2022年，Guo等人報(bào)道了一種無(wú)線植入式近紅外光譜探頭，用于連續(xù)監(jiān)測(cè)皮瓣和器官移植物中的氧飽和度，克服了當(dāng)前組織氧合技術(shù)的局限性。

圖4 使用毫米級(jí)超聲植入物監(jiān)測(cè)深層組織氧合

（二）通過(guò)監(jiān)測(cè)微血管血流。移植組織的經(jīng)皮溫度監(jiān)測(cè)一直是常規(guī)的術(shù)后監(jiān)測(cè)手段，每隔一段時(shí)間進(jìn)行溫度測(cè)量是臨床檢查的一部分，可以使用簡(jiǎn)單的設(shè)備進(jìn)行連續(xù)的經(jīng)皮溫度監(jiān)測(cè)。然而，它并不適用于深層的組織。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以使用植入式熱傳感器來(lái)測(cè)量微血管流量，以直接監(jiān)測(cè)血管并發(fā)癥。例如，Lu等人提出了一種亞毫米級(jí)的多節(jié)點(diǎn)熱探頭，通過(guò)測(cè)量微血管血流量來(lái)測(cè)量組織微循環(huán)，可用于移植物監(jiān)測(cè)（圖5）。

圖5 植入式、無(wú)線、自固定式熱傳感器，用于連續(xù)測(cè)量皮瓣和器官移植物中的微血管血流量

總而言之，植入式傳感器在術(shù)后血管修復(fù)和血流監(jiān)測(cè)中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，但是目前仍面臨一些挑戰(zhàn)亟待解決：1）平衡減小植入器件的尺寸、增強(qiáng)生物相容性以及延長(zhǎng)使用壽命。2）考慮患者特性和手術(shù)效果，優(yōu)化傳感器和無(wú)線技術(shù)設(shè)計(jì)。3）降低誤報(bào)率，提高可靠性和及時(shí)性。4）擴(kuò)大適用范圍，滿足不同疾病和手術(shù)需求。5）考慮滅菌影響。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，更靈活、小型化、生物相容性好、使用壽命更長(zhǎng)的全植入式無(wú)線傳感器有望得到進(jìn)一步發(fā)展。在植入式傳感器現(xiàn)有模式與標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升其成本效益、長(zhǎng)期可靠性和安全性，未來(lái)，植入式傳感器將在臨床術(shù)后血管并發(fā)癥監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮更大的應(yīng)用潛力。

審核編輯：劉清