外周血管疾病是世界范围内的主要健康问题之一。在疾病治疗过程中实时监测外周血流灌注对于制定治疗策略以提高循环增强效果至关重要。因此，需要实现一种能够满足实时、无创并且对运动伪迹不敏感的柔性外周血流灌注监测方法。

近日，北京航空航天大学生物与医学工程学院、生物力学与力生物学教育部重点实验室、北京生物医学工程高精尖创新中心樊瑜波教授和李儒雅副教授团队在生物医学工程领域知名期刊IEEE Transactions on Biomedical Engineering上发表了题为“Dynamic Peripheral Hemoperfusion Distribution Monitoring Based on Janus Flexible Sensor System”的研究论文。樊瑜波教授和李儒雅副教授为该文共同通讯作者，北航博士研究生黄晨晓为该论文的第一作者，北京航空航天大学为论文第一完成单位。

该研究设计了一种用于动态评估外周血流灌注的Janus柔性灌注（JFP）传感系统，该系统可以实现实时、无创、分布式外周血流灌注监测（图1）。

图1. 用于监测外周血流灌注的JFP传感系统示意图

首先，为了阐明光电容积脉搏波信号与血流灌注之间的关系，本研究建立了光学灌注模型，并基于此模型提出了外周灌注指数（PPI）。在体外模型实验中，外周灌注指数表现出与流量之间良好的一致性，二者相关系数达到0.95；在人体上肢血管阻塞实验中，外周灌注指数能够反映出不同血管阻塞状态下的灌注水平，与激光多普勒血流仪（LDF）测得的结果一致，二者之间的相关系数为0.92（图2）。

图2. 上肢血管阻塞实验中的外周血流灌注评估

此外，本研究开发了具有不同杨氏模量的Janus柔性封装设计，并通过蛇形结构增强FPCB的可拉伸性，以提高JFP传感器的鲁棒性和对不同身体曲面的保型性（图1-b）。该封装使用轻度交联的聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为粘附层，以匹配皮肤的弹性模量并增强粘附力，实现与皮肤的保形接触；另外，采用更高交联度的PDMS作为顶层来保持传感器的机械形状。在运动伪迹鲁棒性测试中，JFP传感器对运动伪迹的抑制能力是传统刚性PPG传感器的五倍，在间歇气动加压治疗过程中表现出更高的稳定性和一致性（图3）。

图3. 对JFP传感系统的运动伪迹鲁棒性测试

最后，本研究对16名外周血管疾病患者进行了间歇气动加压治疗过程中的外周血流灌注监测，并与LDF的测量结果进行了对比。结果显示，JFP传感器与LDF之间的kappa统计量为0.78，表明二者对间歇气动加压治疗期间的外周血流灌注增加量的评估能力一致（图4）。

图4. 对外周血管疾病患者在间歇气动加压治疗过程中的外周血流灌注监测

综上所述，JFP传感系统可以在存在运动伪迹干扰的情况下，实现对外周血流灌注的无创、实时、分布式监测。该传感系统还可以与治疗装置集成，为临床干预诱导的外周血流灌注的连续评估提供一种新的方案。

该研究得到了国家重点研发计划（2020YFC2004400）、中央高校基本科研业务费专项资金（YWF-22-L-622）和国家自然科学基金（12332019和U20A20390）的资助。

原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10482426

DOI:10.1109/TBME.2024.3381637

排版 | 方媛

审核 | 侯丹丹 杨贤达