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贴在皮肤上的血流量传感器例释创新(151116) 精选

已有 7372 次阅读 2015-11-16 09:06 |个人分类:杂谈|系统分类:科研笔记|关键词:传感器,,血流量| 传感器, 血流量

闵应骅

 

   最近看到我们国家在科学、文化艺术多方面的创新受到国际关注,令人鼓舞。本文以贴在皮肤上的血流量传感器为例说明成功之一例。

   按照百度的解释,血流量(blood flow)是指单位时间内通过血管某一截面的血量也称容积速度。其实这就是血流速,取决于血管两端的压力差以及血管对血流的阻力。血液流速的测量对于检查心血管功能、诊断血管疾病等都有实际价值。血流速慢说明血压不够大,或者血管阻力太大。传统的血流计量方法已有很多,出现了许多高分辨率、无损、快速的测量方法。如超声多普勒方法、激光多普勒方法、核磁共振方法等。


本图由伊利诺大学香槟分校提供,是一个贴在靠近血管的皮肤上的小装置,柔软可伸缩,贴在表皮上,像创口贴一样,无损害,实时测量皮下血管的血流量。传统测量血流量需要到医院,安静地坐下来采取图像。但是,这个血流量传感器可以24小时测量血流量,不管病人是静止还是运动,连续给出血流量的变化曲线。由伊利诺大学香槟分校和中国清华大学、美国西北大学、北航、哈尔滨工程大学、南航、美国亚利桑那大学等25位作者在Science Advances的在线刊物2015/10/30发表文章(参见附件)介绍无伤害、精确、连续测量大血管和微血管血流量的装置和原理。它可以在运动中皮肤1-2毫米处测量血流量。它表明了未来提供病人日常25小时连续测量血流量可穿戴设备的可能性。这个消息,IEEE Spectrum网站当天就做了报道。可见这一创新是受人关注的。

   如果你有一个糖尿病患者,希望连续监控24小时某一个特定血管的血流量,现在还没有办法。但这个研究组在美国国立卫生研究院的支持下开发了一个可穿戴设备可做这事。

   许多血流量测量装置是用光成像技术,要求病人整个过程呆着不许动,而他们开发的柔韧电子技术可以穿戴。他们开发的设备又轻、又薄,贴在皮肤上,不会扭曲血管,由于范德华引力(分子间的微弱引力)紧贴皮肤。该引力防止传感器和皮肤之间的任何相对运动而影响精确性。外面的医学胶带国定了该装置,保证病人可以运动而不影响测量。

   他们建造本装置,用超薄的一层硅、金、铬、铜,由硅树胶支撑。该传感器的体积主要决定于40微米厚的硅树胶层。其他层都只有几十或几百纳米厚。这个可穿戴的小东西检测病人皮下血流引起的热度曲线上的差别。装置里1.5毫米的热动元件可以加热6-7摄氏度,以提供测量的加热条件。它对皮肤温度是有效的提高,但低于皮肤敏感的阈值。戴上它每平方毫米3.5微瓦的热能进入皮肤,人根本感觉不到。围绕加热元件的传感器的两圈以精度为0.01摄氏度检测加热的温度差,再用计算机算法把热度不同解释为血流率。

   用此可穿戴设备测量志愿者的手腕静脉表明它是可行的。测量人体血流站立不动时需要5分钟,或者在氧踏板上来回走动3分钟,然后仰卧躺下也可以。拿这个装置与已有的光学成像做比较,结果基本一致。

该装置的商业化尚需时日。研究人员需要解决自包含电源的问题,而且需要元件把数据无线传送到计算机或其他设备。一旦这些问题得以解决,该装置将引起革命化的医疗进展,因为可以提供空前大量数据了解健康情况,譬如糖尿病、动脉硬化、老年病等。这种灵活的传感器也可以放在内脏,做外科手术工具或植入装置。不过,目前研究人员主要还是要使之小型化。下一步是要通过单个毛细血管来测量血流,而不光是针对较大的血管。

这个消息说明,我国的科技工作者正与国际先进研究队伍合作,解决科学技术尖端问题,得到国际的认可和关注。这比国内关起门来研究,然后自己吹嘘一翻;或者想方设法,拉点关系,多花点钱,发表SCI论文要好得多。所以,这是令人鼓舞的。最近,网上看到,刘欢的歌“弯弯的月亮”,外国人用中文唱,火爆欧洲;欧洲一个交响乐团在维也纳金色大厅演奏《西游记》主题曲,气势磅礴。这比自己花钱去那里演一场,免费请人去看,要体面得多,扬眉吐气得多。所以,在科技、文艺方面我们的创新不断得到国际认可和关注,自然令人鼓舞。年青的朋友们,努力吧!

附件:e1500701.full.pdf




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