用于術后血管并發癥監測的植入式傳感器

在涉及血管吻合的手術中，確保血流通暢并監測血管并發癥的發生至關重要。目前，植入式傳感器在心血管疾病、神經系統疾病、癌癥治療和健康監測等多種生物醫學應用中得到廣泛應用和探索。這些傳感器可以在手術過程中輕松放置，提供直接、連續和更高精度的監測，具有無可替代的優勢。

據麥姆斯咨詢報道，近日，上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院、附屬瑞金醫院的研究團隊在Advanced Sensor Research期刊上發表了題為“Implantable Sensors for Post-Surgical Monitoring of Vascular Complications”的文章，綜述了用于術后血管監測的各類植入式傳感器，探討了多項有望為術后監測提供有益借鑒的臨床前研究進展，并對術后監測植入式傳感器的未來研究方向進行了展望。

根據是否使用物理線路與外部技術接口，植入式傳感器可以分為有線和無線傳感器。根據測量物理參數的不同，植入式傳感器分為機械傳感器、光學傳感器、熱傳感器、超聲波傳感器等類型。根據患者的病情、疾病、手術類型，以及手術血管的位置和大小，監測方法和要求也有所不同。

通過植入式傳感器直接監測血管

（一）利用機械傳感器。基于機械方法的血管監測傳感器的傳感機制包括電容式、壓阻式、壓電式和摩擦電效應。這些類型的傳感器靠近血管時，可以識別機械信號的變化，并將壓力或應變下的電阻、電容或感應電荷的變化轉換為電信號輸出。Bao等人報道了一種用于實時監測動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脈外，使用后不需要移除（圖1）。Li等人提出了通過電場輔助3D打印的原位極化鐵電人工動脈，用于無電池實時血壓傳感和閉塞監測（圖2）。此外，還有研究報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，可以根據摩擦起始效應成功識別大型動物的血管閉塞，將舒張期和收縮期血管變化的生物力學信號轉換為電信號（圖3）。

圖1 可生物降解的柔性動脈脈搏傳感器，用于無線監測血流

圖2 直接3D打印的多功能人工動脈，內置鐵電和組織匹配模量，用于實時傳感和阻塞監測

圖3 用于心血管術后護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，通過超聲波的反射效應使組織可視化。其中，多普勒模式已廣泛應用于臨床環境中的血管檢查，通過多普勒效應評估相對于探頭的血液運動方向和相對速度，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，已在臨床實踐中被廣泛用于監測吻合后血管，包括游離皮瓣移植和器官移植。不過，由于尺寸和壽命的限制，目前仍缺乏理想的無線植入式超聲波傳感器，無線電力傳輸等技術的應用有望為該問題提供解決方案。

通過植入式傳感器間接監測血管

（一）通過監測組織氧合。對于器官移植和重建手術來說，術后血管并發癥的直接影響及嚴重后果是移植物缺血，而組織氧合檢測是早期應對這種情況的關鍵。目前在臨床實踐中使用的近紅外光譜方法通常受到穿透深度的限制。Sonmezoglu等人開發了一種無線超聲驅動的植入式發光氧傳感器，可用于連續實時測量厘米深度的氧含量（圖4）。2022年，Guo等人報道了一種無線植入式近紅外光譜探頭，用于連續監測皮瓣和器官移植物中的氧飽和度，克服了當前組織氧合技術的局限性。

圖4 使用毫米級超聲植入物監測深層組織氧合

（二）通過監測微血管血流。移植組織的經皮溫度監測一直是常規的術后監測手段，每隔一段時間進行溫度測量是臨床檢查的一部分，可以使用簡單的設備進行連續的經皮溫度監測。然而，它并不適用于深層的組織。為了解決這個問題，可以使用植入式熱傳感器來測量微血管流量，以直接監測血管并發癥。例如，Lu等人提出了一種亞毫米級的多節點熱探頭，通過測量微血管血流量來測量組織微循環，可用于移植物監測（圖5）。

圖5 植入式、無線、自固定式熱傳感器，用于連續測量皮瓣和器官移植物中的微血管血流量

總而言之，植入式傳感器在術后血管修復和血流監測中展現出廣闊的應用前景，但是目前仍面臨一些挑戰亟待解決：1）平衡減小植入器件的尺寸、增強生物相容性以及延長使用壽命。2）考慮患者特性和手術效果，優化傳感器和無線技術設計。3）降低誤報率，提高可靠性和及時性。4）擴大適用范圍，滿足不同疾病和手術需求。5）考慮滅菌影響。

隨著技術的進步，更靈活、小型化、生物相容性好、使用壽命更長的全植入式無線傳感器有望得到進一步發展。在植入式傳感器現有模式與標準基礎上，進一步提升其成本效益、長期可靠性和安全性，未來，植入式傳感器將在臨床術后血管并發癥監測方面發揮更大的應用潛力。

審核編輯：劉清