综述：用于术后血管并发症监测的植入式传感器
2023-05-20 14:34:58   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

在涉及血管吻合的手术中，确保血流通畅并监测血管并发症的发生至关重要。目前，植入式传感器在心血管疾病、神经系统疾病、癌症治疗和健康监测等多种生物医学应用中得到广泛应用和探索。这些传感器可以在手术过程中轻松放置，提供直接、连续和更高精度的监测，具有无可替代的优势。

据麦姆斯咨询报道，近日，上海交通大学医学院附属第九人民医院、附属瑞金医院的研究团队在Advanced Sensor Research期刊上发表了题为“Implantable Sensors for Post-Surgical Monitoring of Vascular Complications”的文章，综述了用于术后血管监测的各类植入式传感器，探讨了多项有望为术后监测提供有益借鉴的临床前研究进展，并对术后监测植入式传感器的未来研究方向进行了展望。

根据是否使用物理线路与外部技术接口，植入式传感器可以分为有线和无线传感器。根据测量物理参数的不同，植入式传感器分为机械传感器、光学传感器、热传感器、超声波传感器等类型。根据患者的病情、疾病、手术类型，以及手术血管的位置和大小，监测方法和要求也有所不同。

通过植入式传感器直接监测血管

（一）利用机械传感器。基于机械方法的血管监测传感器的传感机制包括电容式、压阻式、压电式和摩擦电效应。这些类型的传感器靠近血管时，可以识别机械信号的变化，并将压力或应变下的电阻、电容或感应电荷的变化转换为电信号输出。Bao等人报道了一种用于实时监测动脉血流的可生物降解的压力传感器，该传感器可以包裹在不同直径的动脉外，使用后不需要移除（图1）。Li等人提出了通过电场辅助3D打印的原位极化铁电人工动脉，用于无电池实时血压传感和闭塞监测（图2）。此外，还有研究报道了一种生物可吸收摩擦电传感器（BTS），该传感器可以植入体内，可以根据摩擦起始效应成功识别大型动物的血管闭塞，将舒张期和收缩期血管变化的生物力学信号转换为电信号（图3）。

图1 可生物降解的柔性动脉脉搏传感器，用于无线监测血流

图2 直接3D打印的多功能人工动脉，内置铁电和组织匹配模量，用于实时传感和阻塞监测

图3 用于心血管术后护理的生物可吸收摩擦电传感器

（二）利用超声波传感器。超声检查是一种基于超声波的诊断技术，通过超声波的反射效应使组织可视化。其中，多普勒模式已广泛应用于临床环境中的血管检查，通过多普勒效应评估相对于探头的血液运动方向和相对速度，从而获得血流速度和频率信息。以Cook–Swartz多普勒探头为代表的植入式多普勒探头，已在临床实践中被广泛用于监测吻合后血管，包括游离皮瓣移植和器官移植。不过，由于尺寸和寿命的限制，目前仍缺乏理想的无线植入式超声波传感器，无线电力传输等技术的应用有望为该问题提供解决方案。

通过植入式传感器间接监测血管

（一）通过监测组织氧合。对于器官移植和重建手术来说，术后血管并发症的直接影响及严重后果是移植物缺血，而组织氧合检测是早期应对这种情况的关键。目前在临床实践中使用的近红外光谱方法通常受到穿透深度的限制。Sonmezoglu等人开发了一种无线超声驱动的植入式发光氧传感器，可用于连续实时测量厘米深度的氧含量（图4）。2022年，Guo等人报道了一种无线植入式近红外光谱探头，用于连续监测皮瓣和器官移植物中的氧饱和度，克服了当前组织氧合技术的局限性。

图4 使用毫米级超声植入物监测深层组织氧合

（二）通过监测微血管血流。移植组织的经皮温度监测一直是常规的术后监测手段，每隔一段时间进行温度测量是临床检查的一部分，可以使用简单的设备进行连续的经皮温度监测。然而，它并不适用于深层的组织。为了解决这个问题，可以使用植入式热传感器来测量微血管流量，以直接监测血管并发症。例如，Lu等人提出了一种亚毫米级的多节点热探头，通过测量微血管血流量来测量组织微循环，可用于移植物监测（图5）。

图5 植入式、无线、自固定式热传感器，用于连续测量皮瓣和器官移植物中的微血管血流量

总而言之，植入式传感器在术后血管修复和血流监测中展现出广阔的应用前景，但是目前仍面临一些挑战亟待解决：1）平衡减小植入器件的尺寸、增强生物相容性以及延长使用寿命。2）考虑患者特性和手术效果，优化传感器和无线技术设计。3）降低误报率，提高可靠性和及时性。4）扩大适用范围，满足不同疾病和手术需求。5）考虑灭菌影响。

随着技术的进步，更灵活、小型化、生物相容性好、使用寿命更长的全植入式无线传感器有望得到进一步发展。在植入式传感器现有模式与标准基础上，进一步提升其成本效益、长期可靠性和安全性，未来，植入式传感器将在临床术后血管并发症监测方面发挥更大的应用潜力。

论文信息：https://doi.org/10.1002/adsr.202200095

延伸阅读：

《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》

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