可穿戴无线多传感系统可实现组织循环的连续监测

游离微血管组织移植在当前医学实践中是不可或缺的。移植组织与受体部位血管吻合术的创建，使各种组织，如皮肤组织、皮下组织、骨组织、肌肉组织，甚至器官，都能被移植。自20世纪70年代初首次报道以来，游离微血管组织移植使由先天性畸形、创伤和恶性肿瘤切除引起的组织缺损的功能和美观重建成为可能。然而，虽然微血管组织移植具有很多好处，但可能存在移植后微血管组织发生缺血症状的风险，其发生率可达3%-5%。这是由于移植组织成功血管化所依赖的动脉和静脉形成了血栓或产生了其他问题。因此，缺血症状需要被尽早识别，并通过紧急手术予以治疗，否则会造成组织损伤，导致移植失败。所以，对组织循环进行实时评估对术后护理尤为重要。

术后第一周是发生缺血症状风险最高的时期，因此，血流监测设备必须提供持续的术后监测。此外，多点监测是必要的，因为缺血症状的发生并不总是黑白分明或全有全无的。通常，当缺血出现时，相关症状只出现在该支血管缺血部位的下游区域。同时，考虑到较长的监测周期，开发一种便携、佩戴舒适、不限制患者自由走动的设备也很重要。目前，已有关于各种组织监测设备的报道，但迄今为止没有一种设备能满足所有这些要求。经常进行体检是一种替代方法，但是，这一方法会占用大量的时间和人力资源，并且人为评估也会出现一定的偏差。此外，即使经常进行体检，因为不是连续实时监测，依然可能出现诊断上的延迟。因此，对接受组织移植手术的患者进行实时组织循环监测是至关重要的，因为缺血症状必须在数小时内予以治疗，否则移植将因动脉或静脉内的血栓/血肿而失败。

据麦姆斯咨询报道，近期，来自东京大学（The University of Tokyo）等机构的研究人员设计了一种可穿戴无线多传感系统，实现了组织循环的连续监测（图1-3）。该系统通过测量患者的脉搏波、皮肤颜色和组织温度，对接受组织移植手术患者的组织循环状态进行评估，并与医生的诊断进行对比。在两项临床试验中，研究人员对73名患者进行了7天 × 24小时的监测。试验结果显示，该传感系统的监测结果与医生诊断之间的总体一致性为99.2%，说明该可穿戴传感监测系统具有良好的临床应用潜力。相关研究成果以“Wearable, wireless, multi-sensor device for monitoring tissue circulation after free-tissue transplantation: a multicentre clinical trial”为题，发表于Scientific Reports期刊。

图1 研究工作流程概述。（a）临床试验流程图。受试者签署知情同意书后，由外科医生实施组织移植手术，并在移植部位安装血流监测设备，而后，对受试者进行为期7天的监测。（b）外科医生按照惯例对受试者的移植部位进行每日两次的例行体检——包括观察组织颜色以确定其是处于缺血或充血状态，利用针刺观察出血的颜色和速度，通过触诊确定移植组织的温度，以及利用毛细血管再充血试验（通过压缩组织直到它变白并观察颜色恢复所需时间）来观察外周组织血液流动。（c）在受试者接受移植手术当天，安装血流监测设备。一周后，将从设备收集的监测数据通过蓝牙传输到平板电脑。此外，外科医生每天进行两次例行体检，在记录诊断结果的同时拍摄临床照片，以与从可穿戴设备收集的数据进行比较。术后第7天，移除可穿戴设备，并对由设备获得的异常情况和临床结果进行评估。最后，受试者完成了一份关于佩戴该设备的舒适度和佩戴时生活质量的问卷。

图2 可穿戴血流监测传感系统概述。（a）传感器探头细节。每个传感单元由三个传感器组成，从而实现脉冲波形、组织颜色和组织温度的连续监测。之所以选择这三个组成部分，是因为脉冲波形的有效性已经被研究证实，而组织颜色和温度是外科医生进行术后护理评估的关键要素。此外，该传感器探头是一个有四个通道的单元阵列，可以根据移植物的大小进行配置。同时，传感器的柔性特征使其可以适用于身体的各个部位。（b）传感器的调配。首先，在皮肤上放置一层医用敷料膜，并在传感探测器下面放置一块聚二甲基硅氧烷薄片，以确保传感器在表面不规则的情况下仍然能够良好附着。安装好传感器探头后，用另一种医用敷料膜覆盖传感器，使其与皮肤相连。（c）系统设置概况。将数据通过蓝牙传输到平板电脑上，从而可以实现数据的显示和分析。此外，研究人员创建了一个智能手机/平板电脑应用程序来存储和可视化传感器收集的数据，以增强设备的多功能性。这将使医生们能够在患者的血液循环出现可疑问题时收到警报和通知。此外，医生和患者可以通过应用程序随时访问监测数据。（d）支持传感器可穿戴性的柔性性能评估。参与评估的受试者包括在乳腺癌治疗后进行乳房重建的患者、在癌症治疗后进行头颈部重建的患者以及在创伤后进行肢体重建的患者。评估结果显示，该传感器具有良好的柔性性能，可以适应各种曲面。

图3 基于传感器的组织循环评估算法流程图。利用快速傅里叶变换（FFT）对脉搏波信号进行分析，从而实时估计毛细血管血容量的波动。并通过曲线拟合分析颜色和温度信号，以估计在循环受到影响时这些参数的变化。

总体而言，研究人员所开发的可穿戴传感系统具有良好的临床安全性和有效性，可用于游离组织移植后的组织循环评估。然而，该项研究也有一定的局限性。首先，该监测设备评估结果的对比对象是外科医生的诊断，而不是实际的缺血情况。其次，随着数据集规模的增加，灵敏度和特异性最大化的阈值可能会发生变化，而该研究仅包括73名受试者。因此，未来需要建立一个云上深度学习系统，从而可以利用临床获得的大量真实数据来优化阈值。

审核编辑：郭婷