集成传感器可监测脑动脉瘤治疗

该传感器利用电容变化来测量血流，并且能够减少通过分流器监测血流的测试需求。研究小组证实，该传感器可以准确地测量动物体外血管内的液体流动。目前，研究人员正在开发可以进行体内测试的无线操作。“纳米结构的传感器系统可以为患者提供优势，包括创伤较小的动脉瘤治疗和主动监测能力，”Woon-Hong Yeo说，他是佐治亚理工学院乔治W.伍德夫机械工程学院和华莱士H. Coulter生物医学工程系的助理教授。“该集成系统可以提供手术后血流动力学的主动监测，允许医生跟踪定量测量流量分流器在治疗中的工作情况。”

Cerebrаl anеurysms оccur在thе pоpulation的tо fivе percеnt左右，与eаch anеurysm cаrrying一个оne pеrcent风险断点。Anеurysm rupturе将cаuse dеath在上tо hаlf的affеcted patiеnts。匹兹堡大学斯旺森工程学院副教授Youngjae Chun解释说:“我们利用高多孔薄膜nitinol开发出了一种高度可伸缩、超弹性的流动分流器。然而，目前还没有一种分流器能够对脑动脉瘤囊内的血流动力学进行定量、实时监测。通过与佐治亚理工学院Yeo博士的团队的合作，我们开发了一种智能流量分流系统，可以积极监测手术期间和术后的流量变化。”

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Yeo说:“我们正在努力开发一种无电池、无线设备，这种设备具有极大的延展性和柔韧性，可以被缩小到足够小，可以穿过大脑中微小而复杂的血管，然后在不损坏的情况下部署。”“将这样的电子系统插入大脑狭窄而有轮廓的血管是一项非常具有挑战性的工作。”

该传感器使用由两层金属层组成的微膜包裹着介质材料，并包裹在流动分流器上。该设备只有几百纳米厚，使用纳米制造和材料转移打印技术生产，封装在柔软的弹性体材料中。Yeo解释说:“膜被通过分流器的水流偏转，根据水流强度、速度差、偏转量的变化。”“我们根据电容的变化来测量挠度，因为电容与两层金属之间的距离成反比。”

因为大脑的血管非常小，这种分流器的长度不超过5到10毫米，直径也不超过几毫米。这就排除了使用传统的带有刚性和笨重电子电路的传感器。Yeo说:“现在要把功能材料和电路放进这么大的东西里几乎是不可能的。”“基于传统材料和设计策略，我们所做的是非常具有挑战性的。”

研究人员为他们的传感器测试了三种材料:金、镁和镍钛合金nitinol。这些都可以在体内安全使用，但镁有可能在不再需要时溶解到血液中。在体外测试中，原理验证传感器被连接到一根导丝上，但是Yeo和他的同事们现在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，但在脑部的应用却面临着巨大的挑战。“为了放置传感器，必须完全压缩，所以它必须能够拉伸300%或400%，”Yeo说。“传感器结构必须能够承受这种操作，同时又能适应血管内部的弯曲。”