心血管疾病是世界上最主要的死亡原因。据世界卫生组织统计，每年有 1790 万人死于心血管疾病。对于心血管疾病的预警和准确治疗，持续监测血流动力学参数非常重要，包括血压(BP)、心率(HR)、外周阻力(PR)和血管弹性。软可穿戴设备具有实时操作能力、类皮肤机械特性和高信噪比传感能力等优点，非常适合监测心电图(ECG)信号、心音图(PCG)信号和脉搏波等生理信号。然而，人体心血管系统复杂、分布、网络循环。当前可穿戴设备实现的整体血流动力学参数无法充分、准确地反映局部脉管系统的健康状况。迫切需要一种时空血流动力学监测技术来满足日益增长的心血管系统临床治疗和日常健康管理的需求。
以光纤布拉格光栅(FBG)为代表的分布式光纤(DOF)传感技术非常适合时空血流动力学监测。其空间分布的多通道传感能力、优异的时间同步性和无电磁干扰为多个高信噪比生理信号监测奠定了基础。然而，传统光纤由于二氧化硅材料硬而脆，直径达125μm，与皮肤的机械特性差异较大，对生理信号的响应较低，难以稳定、舒适地佩戴在身上。软包装技术已被用来解决机械不匹配问题。尽管如此，商用光纤光栅器件的过厚封装和低灵敏度给检测微妙的生理信号带来了障碍，从而限制了它们在可穿戴设备中的潜在应用。光学微纤维已被证明具有出色的灵活性、可配置性和大倏逝场，可实现高灵敏度传感。然而，现有的基于光学微光纤的器件在没有波长编码策略的情况下很难实现空间分布、时间同步和多参数传感能力。
本文作者提出了一种基于类皮微纤维光栅组的时空血流动力学监测技术。该技术采用超细纤维和超薄软包装技术制备皮肤般的超细纤维贴剂。通过有效降低器件的等效模量和微纤维的截面积，贴片的应力响应提高了2个数量级(50 mN以内的应力下灵敏度为5.26 nm/N)。在 10,000 次应力循环下，它还表现出出色的重复性和稳定性。此外，该技术采用飞秒激光直写技术，将布拉格光栅非侵入性地刻入微光纤内部，为多个微光纤贴片提供不同的波长编码，从而实现同步多通道传感能力。通过串联微光纤光栅(μFBG)贴片，可以同时检测人体不同节点的多个生理信号，并通过不同的工作波长进行区分。由于基于光的生理信号在 μFBG 组中以接近光速传播，因此时间同步仅受 FBG 询问器的限制。通过检测人体心血管系统各浅动脉的近端心冲击描记器(BCG)信号和远端脉搏波，进而计算脉搏波传输时间(PTT)，建立时空血流动力学监测技术。可以同时检测人体不同节点的多个生理信号，并通过不同的工作波长进行区分。由于基于光的生理信号在 μFBG 组中以接近光速传播，因此时间同步仅受 FBG 询问器的限制。通过检测人体心血管系统各浅动脉的近端心冲击描记器(BCG)信号和远端脉搏波，进而计算脉搏波传输时间(PTT)，建立时空血流动力学监测技术。可以同时检测人体不同节点的多个生理信号，并通过不同的工作波长进行区分。由于基于光的生理信号在 μFBG 组中以接近光速传播，因此时间同步仅受 FBG 询问器的限制。通过检测人体心血管系统各浅动脉的近端心冲击描记器(BCG)信号和远端脉搏波，进而计算脉搏波传输时间(PTT)，建立时空血流动力学监测技术。
通过检测心血管系统近端和远端的机械信号而不是电生理活动信号，该监测技术可以呈现全身心血管系统的真实动态，例如心跳、血管扩张和脉搏波传播。本研究提出了三种血流动力学监测模式。首先，采集人体不同浅表动脉(如颈动脉、桡动脉和足动脉)的脉搏波，并利用 BCG 信号分析 PTT。不同的PTT是由于血管的长度、直径和弹性模量的差异而产生的。这种模式可以实现心血管系统局部动脉分支的健康评估。第二，μFBG组动态记录受试者运动和休息过程中的双通道生理信号。通过心动周期计算心率，脉搏波传播速度随血压变化。此外，μFBG组动态记录外部压力施加时的双通道生理信号，PTT的变化可以灵敏地反映外周动脉阻力的不同程度。这种实时局部外周血管阻力监测技术是首次提出。μFBG组动态记录外部压力施加时的双通道生理信号，PTT的变化可以灵敏地反映外周动脉阻力的不同程度。这种实时局部外周血管阻力监测技术是首次提出。μFBG组动态记录外部压力施加时的双通道生理信号，PTT的变化可以灵敏地反映外周动脉阻力的不同程度。这种实时局部外周血管阻力监测技术是首次提出。
本研究开发了基于类皮μFBG群的同步多通道传感技术，具有时间动态、空间分布、易于组网和可配置、高灵敏度和高灵活性等显着优势。所提出的时空血流动力学监测技术具有实时动态评估整个心血管系统局部血管健康状况的工作能力，在心律失常、血管硬化、高血压、血栓等心血管疾病的诊断和治疗中展现出巨大的潜力。方便临床精准诊断、病灶快速筛查以及日常健康管理。
标签：
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！