29、生物工程与生物材料中的可植入传感器应用

生物工程与生物材料中的可植入传感器应用

在生物工程和生物材料领域，可植入传感器在心室辅助装置（VAD）的控制和心力衰竭的监测管理中发挥着重要作用。本文将介绍不同类型的可植入传感器及其应用，以及它们在改善患者治疗效果方面的潜力。

1. VAD控制策略与传感器需求

在VAD控制策略的研究初期，商业传感器由于生理系统的复杂环境而不可靠，常导致严重故障，甚至使患者健康陷入危急状态。因此，研究人员曾大量使用VAD泵电机的变量（电压、电流和转速）来估计控制设备所需的血流动力学状态变量，并基于模型开发了各种VAD控制技术。然而，这些估计方法在临床应用中缺乏鲁棒性和精确性。

一般来说，在生理控制中，测量点离左心室（LV）越远，测量结果的准确性越低，具体顺序为：中心静脉压 < 右心房压 < 肺动脉压（PAP） < 肺毛细血管楔压（PCWP） < 左心房压 < 左心室舒张末期压（LVEDP）。使用传感器远程、频繁地评估左心室辅助装置（LVAD）患者的心肺充盈压力和流量，有助于使控制系统更接近生理控制。

2. 可植入传感器的分类

可植入传感器主要分为两类：
- 被动植入式传感器 ：这类传感器是谐振设备，无需电源即可检测难以触及位置的物理特性。它们具有灵活性，可卷折成紧凑形式，通过导管送入体内。但可能存在监测偏差、随时间准确性降低和血栓形成等问题。例如，CardioMEMS传感器在一项临床研究中，最初与Swan - Ganz导管测量的舒张压相关性良好（r² = 0.88），但60天后相关性显著降低（r² = 0.48）。
- 电池供电的植入式传感器