小型化表皮生物傳感器用于術(shù)后血運(yùn)狀態(tài)持續(xù)監(jiān)測

研究中，他和合作者通過結(jié)合柔性電子技術(shù)、以及反射式光電容積脈搏波監(jiān)測技術(shù)，提出一種柔性無創(chuàng)的血運(yùn)監(jiān)測電子設(shè)備——表皮生物傳感器，它不僅可以兼容非規(guī)則形貌的術(shù)后創(chuàng)面，還具有柔軟、無創(chuàng)、可共形貼附、采用無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)葍?yōu)勢，能在術(shù)后游離皮瓣、以及斷指的血運(yùn)監(jiān)測中取得良好效果。

（來源：Science Translational Medicine）

這種基于階梯固化式聚二甲基硅氧烷的界面設(shè)計(jì)方法，在柔性電子領(lǐng)域具有重要意義，可被作為柔性電子器件與人體皮膚之間界面設(shè)計(jì)的通用策略。

如前所述，由于該成果結(jié)合了柔性電子技術(shù)與反射式光電容積脈搏波技術(shù)，因此日后可被用于離斷肢體再造領(lǐng)域，助力于術(shù)后離斷肢體局部血運(yùn)狀態(tài)的監(jiān)測。

同時，反射式光電容積脈搏波技術(shù)又能被擴(kuò)展到其他醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，比如氧合水平等臨床指標(biāo)監(jiān)測上。

據(jù)介紹，由機(jī)械力、酸堿腐蝕、生物性損傷等因素引起的嚴(yán)重軟組織缺損和肢體離斷，在臨床上十分常見。游離皮瓣移植術(shù)和斷指再植術(shù)，是針對該癥狀的主要治療方法。

在術(shù)中，游離皮瓣移植術(shù)和斷指再植術(shù)，均需要吻合血管以便恢復(fù)組織灌注，而血運(yùn)障礙是最常見的術(shù)后并發(fā)癥，常常發(fā)生在手術(shù)之后的48小時之內(nèi)，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致組織壞死。

因此，術(shù)后血運(yùn)狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)測，對于游離皮瓣移植和斷指再植手術(shù)的成功至關(guān)重要。

盡管顯微外科領(lǐng)域已經(jīng)引入多種血運(yùn)監(jiān)測技術(shù)，比如激光多普勒、植入式超聲多普勒等、組織氧合監(jiān)測等，但是設(shè)備附帶的硬質(zhì)探頭，非常容易損傷患者的術(shù)后創(chuàng)面。

并且，上述技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)、連續(xù)、精準(zhǔn)的監(jiān)測，更難對以術(shù)后的創(chuàng)面形貌實(shí)現(xiàn)具有高度適應(yīng)性的理想監(jiān)測，因此這些技術(shù)均未能廣泛用于皮瓣和斷指的術(shù)后血運(yùn)監(jiān)測。

在臨床上，目前最常使用的監(jiān)測方法，仍然是由醫(yī)護(hù)人員對術(shù)后創(chuàng)面進(jìn)行評估。但是，這種評估手段比較主觀，主要取決于評估者的工作經(jīng)驗(yàn)，而且會加重醫(yī)護(hù)人員的勞動負(fù)擔(dān)?？吹竭@些痛點(diǎn)之后，課題組開展了本次課題。

（來源：Science Translational Medicine）

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將擴(kuò)展至皮瓣的術(shù)前監(jiān)測

研究中，對于反射式光電容積脈搏波技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)非侵入式血運(yùn)監(jiān)測的背后原理，課題組首先對其加以分析。

掌握基礎(chǔ)理論之后，他們開始著手電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與集成，在持續(xù)迭代之后，打造出了論文中展示的電子系統(tǒng)。

為了滿足臨床需求，該團(tuán)隊(duì)開始尋找合適的界面設(shè)計(jì)方案。期間，受到自然梯度結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，他們制備出一種階梯固化式的聚二甲基硅氧烷，這種結(jié)構(gòu)既具有自粘性，又以可穩(wěn)定地集成硅基芯片。

在對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試之后，他們將這種階梯固化式聚二甲基硅氧烷作為傳感器件的界面，實(shí)現(xiàn)了電子元器件的可靠集成、以及傳感器件與人體皮膚之間的穩(wěn)定貼附。

（來源：Science Translational Medicine）

在大鼠實(shí)驗(yàn)中，他們圍繞移植游離皮瓣的模型、以及再植斷指的模型，開展了一系列動物活體解剖實(shí)驗(yàn)，在正常血運(yùn)、動脈阻塞以及靜脈淤血的場景中，證實(shí)表皮生物傳感器可以對血運(yùn)變化產(chǎn)生較好的靈敏性。

此后，課題組又開展大量臨床實(shí)驗(yàn)，將傳感器數(shù)據(jù)與不同類型血運(yùn)狀態(tài)建立聯(lián)系，以便對術(shù)后游離皮瓣和斷指處的血運(yùn)狀態(tài)，進(jìn)行定量化的監(jiān)測。

結(jié)果顯示，這種表皮生物傳感器可以準(zhǔn)確地識別動脈阻塞和靜脈淤血，并且在識別微血管的血運(yùn)狀況上，比目前的臨床方法更準(zhǔn)確、更快速。

最后，在和醫(yī)用血運(yùn)監(jiān)測設(shè)備的監(jiān)測效果對比之后，此次表皮生物傳感器的血運(yùn)監(jiān)測功能得到進(jìn)一步驗(yàn)證。

日前，相關(guān)論文以《用于非侵入式監(jiān)測術(shù)后游離皮瓣與再植斷指的表皮生物傳感器》（On-skin biosensors for noninvasive monitoring of postoperative free flaps and replanted digits）為題發(fā)在Science Translational Medicine期刊上。

吳豪為第一作者和通訊作者，武漢協(xié)和醫(yī)院劉玉田醫(yī)生與復(fù)旦大學(xué)李卓研究員為主要共同作者。

另據(jù)悉，在臨床上皮瓣的類型是多種多樣的，不同類型皮瓣之間的血供來源、表面形貌、厚度、以及血管吻合類型均不相同。

因此，他們計(jì)劃針對臨床上不同類型的皮瓣進(jìn)行術(shù)后監(jiān)測，并進(jìn)一步探索所得信號與皮瓣血運(yùn)狀態(tài)之間的內(nèi)在聯(lián)系。

同時，課題組計(jì)劃將現(xiàn)有成果擴(kuò)展至皮瓣的術(shù)前監(jiān)測，以便指導(dǎo)不同類型皮瓣的術(shù)前設(shè)計(jì)。目前，已經(jīng)取得了一些初步結(jié)果。

吳豪表示：“我們開展的研究強(qiáng)調(diào)立足實(shí)際需求、主張應(yīng)用驅(qū)動。除本次論文之外，我們在醫(yī)工交叉領(lǐng)域還有大量研究正在推進(jìn)：例如與醫(yī)院神經(jīng)外科合作開發(fā)開顱手術(shù)監(jiān)測技術(shù)、與重癥監(jiān)護(hù)科合作研究危重癥患者的生理狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)、以及與康復(fù)科合作研究神經(jīng)電生理診斷及治療技術(shù)等?！?/p>

（來源：Science Translational Medicine）
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審核編輯：劉清