生物電子-集成在可膨脹導管上的具有多重感測和驅動的電子陣列

2021-02-15 WEST可穿戴電子

微創手術涉及通過小型經皮切口插入先進的診斷和治療工具，以治療心血管疾病，癌症和其他健康狀況，與傳統手術相比，恢復時間短且風險低。配備有感測或致動元件的導管的剛性和相對原始的操作模式阻礙了其與軟組織表面的保形接觸，限制了其使用範圍，延長了手術時間並增加了對高級手術技能的需求。


美國西北大學John A. Rogers和Yonggang Huang課題組聯合喬治華盛頓大學Igor R. Efimov課題組報告了將先進的電子功能與導管集成在一起以進行微創心臟外科手術的材料，設備設計和製造方法。通過使用多物理場建模，塑料心臟模型以及Langendorff動物和人類心臟，作者顯示出心內膜球囊導管上多層配置的軟電子陣列可以與彎曲的組織表面建立共形接觸，支持溫度，壓力和電生理參數的高密度時空映射 並允許進行可編程的電刺激，射頻消融和不可逆的電穿孔。將多模式和多路復用功能集成到微創手術器械中可以改善手術性能和患者預後。


圖1：用於微創手術的多模式，多路復用軟傳感器和執行器。

圖2：3D壓力傳感器陣列的設計，組裝和表徵。

圖3：治療功能。

圖4：多檢測模式的同時運行。

視頻1：兔子心臟的心電圖mapping。

視頻2：人類心臟的心電圖mapping。

圖5：Langendorff兔心臟模型證明了儀器化球囊導管的多功能性。

圖6：Langendorff人體心臟模型的心內膜電生理研究。


作者通過在可膨脹的柔性導管表面集成溫度，壓力，電生理參數等高密度傳感陣列，解決了常規心臟設備的基本局限性：設備與心臟組織之間的模量失配以及傳感和驅動中的模態和空間密度不足。 體外測試以及在兔和人心臟中進行的計算研究和評估，證明了在外形尺寸，功能和可編程性方面優於常規心臟設備的優勢。作者期望這個概念可以為進一步開發能夠與人體進行最小程度的侵入性相互作用的先進手術設備的起點。

【參考文獻】

https://www.nature.com/articles/s41551-020-00604-w

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