柔性无线智能止血传感系统——定量、实时测量血压

研究背景

止血装置是一种缠绕在手腕上防止术后大量出血的装置 (图 1a)。在应用时，根据患者手腕的大小向气囊内注入 13-15 mL 空气，压迫动脉进行止血。在此过程中，加压过小会导致出血，从而引起血肿；加压过大会导致烧动脉闭塞，形成血栓。准确调节桡动脉穿刺口的压力可以提高止血效果，降低血管通路并发症的发病率。但由于患者的个体差异和医生的主观判断，压力会出现波动，影响患者的舒适度和止血效果。因此，实时检测烧动脉处的压力可有效促进调整注入球囊的空气压力，从而达到准确附着、快速止血、提高患者舒适度的目的，但目前尚未开展这方面的探索。

智能医疗设备对辅助临床医学具有重要意义。虽然此前已有一些关于绷带或止血设备压力检测的研究报道，但这些研究通常伴随着刚性传感系统，与临床应用中的智能化和保形性相去甚远。为了解决这一难题，先进的柔性传感器可以成为潜在的候选者，利用其柔软基质的一定柔韧性实现与皮肤更精确的贴合，从而实现精确的压力检测。电阻式和晶体管式压力传感器通常具有稳定的检测能力，不会受到周围干扰的影响，但晶体管式压力传感器伴随着需要持续供电和高能耗的问题，而电阻式压力传感器在变形器件的应用中对拉伸应变过于敏感。电容式压力传感器因其对压力的灵敏度高、响应速度快、对温度不敏感而被广泛应用于可穿戴电子设备中，而且可以通过设计降低其对应变的灵敏度。因此，柔性电容式压力传感器可能是止血设备准确检测压力的理想选择。虽然柔性压力传感器已在医疗检测中得到应用，但要准确检测伤口处的压力仍是一个巨大的挑战，因为注入空气时气球会发生很大的变形，这将导致柔性传感器失去压力检测能力。

研究成果

经桡骨动脉手术后，在皮肤和止血装置之间适当施加压力是防止出血和术后并发症的重要参数。然而，这一参数通常根据医生的主观判断进行控制，这可能会导致止血效果不佳或血栓形成。西安交通大学杨青、陈烽&新加坡南洋理工大学Sicheng Chen教授等人开发了一种紧凑型无线传感系统，用于在临床实践中连续监测烧动脉和腕部皮肤所承受的压力。研究人员制作了一种基于液态金属 (LM)的全软压力传感器，即使在大变形条件下也能实现设备与皮肤之间的保形连接。在 0-100 kPa 的宽压力范围内，线性灵敏度可达 0.007 kPa-1，实时检测数据可作为参考压力值无线传输到移动客户端。有了这些设备，就可以收集、分析和存储详细的压力数据，用于医疗救助和提高手术质量。相关研究以“Wireless, Smart Hemostasis Device with All-Soft Sensing System for Quantitative and Real-Time Pressure Evaluation”为题发表在Advanced Science期刊上。

图文导读

Figure 1. Wireless sensing system upon hemostasis device.

Figure 2. Design and characterization of the all-soft pressure sensor.

Figure 3. Sensing performance of the all-soft sensor.

Figure 4. Insensitivity of the sensor to stretching and inflating deformations.

Figure 5. Demonstration of the application of smart hemostasis devices.

总结与展望

在这项研究中，作者在止血设备上开发了一种紧凑型无线压力传感系统，以实现对用户手腕上压力的实时监测。该系统由电容式压力传感器、具有低功耗传输功能的微小读取电路和基于软件的模型部署组成。其中引入了基于 LM 的全软压力传感器，用于检测空气球囊大变形时的压力，同时也保证了患者的佩戴舒适度。PDMS 介电层与双面阶梯式微金字塔的构造使传感器在 0- 100 kPa 范围内对压力具有卓越的线性响应，并提高了数据显示的准确性。有了我们的设备，就可以收集、分析和存储牵引操作的详细压力数据，用于医疗辅助和提高手术质量。该设备还能通过反复测试确定止血过程中最合适的压力范围和时间，为手术止血提供直观的指导。总之，这项工作不仅为可穿戴电子设备，也为智能医疗服务提供了更广泛的应用。

文献链接

Wireless, Smart Hemostasis Device with All-Soft Sensing System for Quantitative and Real-Time Pressure Evaluation

https://doi.org/10.1002/advs.202303418

转自：“i学术i科研”微信公众号

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