新型集成传感器可用于监测脑动脉瘤的治疗
2019-3-4 来源：不详 浏览次数：次上图显示出了支架骨架上的流量传感器。图片来源：佐治亚理工大学。
支架状血流分流器的植入可为脑动脉瘤血管扩张的微创治疗提供一种选择，但血管愈合的过程需要频繁监测。现在，一组多个大学组成的研究团队已经证明了一个高度灵活和可伸缩的传感器技术，它可以与流量分流器集成，以监测血管中的血流动力学，而无需昂贵的诊断程序。
该传感器，使用电容变化来测量血流，可以减少对监测通过分流器的流量的测试的需要。由佐治亚理工大学领导的研究人员已经表明，该传感器能够准确地测量动物血管内的液体流动，并正在研究下一个挑战：利用无线操作，可以实现体内测试。
这项研究于今日在《ACSNano》杂志上发表，并得到佐治亚理工大学电子与纳米技术研究所、匹兹堡大学和韩国材料科学研究所的多项资助。
“纳米结构传感器系统可以为患者提供优势，包括微创动脉瘤治疗和主动监测能力，”佐治亚理工大学乔治·W·伍德拉夫机械工程学院助理教授和华勒斯H·库尔特系生物医学工程专业主任WoonHongYeo说。“该集成系统可以提供手术后血流动力学的主动监测，使医生能够跟踪定量测量血流转向器在治疗中的工作情况。”
匹兹堡大学的斯旺森工程学院副教授YoungjaeChun指出，脑动脉瘤发生率高达百分之五，每一个动脉瘤每年破裂的风险为百分之一。动脉瘤破裂会导致多达一半的受影响患者死亡。
使用铂线圈栓塞动脉瘤囊的血管内治疗已成为大多数动脉瘤的护理标准，但最近一种新的血管内介入方法——血流分流器已被开发用于治疗脑动脉瘤。分流是指将一个多孔支架放置在动脉瘤的颈部，使血流从囊中重新导向，在囊内产生局部血凝块。
Chun解释说：“我们已经开发出了一种高度可拉伸、超弹性的流体转向器，它使用一种高度多孔的薄膜镍钛诺解结构。然而，现有的血流分流器没有提供定量、实时监测脑动脉瘤囊内血流动力学的方法。通过与Yeo博士在佐治亚理工大学的合作，我们开发了一种智能流动分流器系统，可以在手术期间和术后主动监测血流变化。”
修复受损的动脉需要数月甚至数年，在此期间，必须使用MRI和血管造影技术监测流量分流器，这是昂贵的，并且涉及将磁性染料注射到血流中。Yeo和他的同事希望他们的传感器能够在医生的办公室里使用无线感应线圈提供更简单的监测来通过传感器发送电磁能量。通过测量能量共振频率在传感器通过时的变化，系统可以测量血流到囊中的变化情况。
上图即是支架骨架上显示的流量传感器结构。图片来源：佐治亚理工大学。
Yeo说：“我们正在努力开发一种无电池、无线设备，它是极其可伸缩和灵活的，它可以被小型化，足以通过大脑的微小而复杂的血管，然后在没有损伤的情况下展开。把这样的电子系统插入大脑的狭窄和轮廓的血管中是非常有挑战性的。”
该传感器使用围绕介质材料的两个金属层制成的微膜，并围绕流动转向器缠绕。该装置仅几百纳米厚，并且使用纳米加工和材料转移印刷技术生产，封装在软弹性材料中。
Yeo解释道：“膜被分流器偏转，取决于流体的强度、速度差、挠度变化。我们根据电容变化来测量偏转量，因为电容与两个金属层之间的距离成反比。”
因为大脑的血管非常小，分流器的直径不超过五到十毫米，直径只有几毫米。这就排除了使用刚性和笨重电子电路的传统传感器的使用。
Yeo说：“把功能性的材料和电路变成大小的东西几乎是不可能的。我们正在做的是基于传统材料和设计策略的挑战。”
研究人员测试了三种传感器的材料：金、镁和名为镍钛诺的镍钛合金。所有这些都可以安全地用于体内，但是镁材料不太适合需求，因为有可能溶解在血流中。
在体外测试中，这种传感器的原型是需要与导丝连接，但Yeo和他的同事正在研究一种可以植入活体动物模型的无线版本。虽然植入式传感器在临床上用于监测腹部血管，但在大脑中的应用产生了重大挑战。
Yeo表示“传感器必须被完全压缩以便放置，所以它必须能够拉伸或%，传感器结构必须能够承受这种处理，同时能够适应和弯曲以适应血管内。”
