背景介紹

具有連續(xù)監(jiān)測功能的多功能個人醫(yī)療保健是推進下一代精準醫(yī)療的關(guān)鍵。目前，通過從淺表皮膚收集廣泛的物理或化學信息，一類新興的柔性傳感器展示了它們對體溫、表面電生理信號、汗液、唾液等進行原位分析的能力，然而，這仍然是一個挑戰(zhàn)。血液攜帶著豐富的臨床信息，但由于皮膚屏障，非侵入性獲取血液具有挑戰(zhàn)性。直接測量多種物理和化學血液動力學特性對心血管疾病的早期檢測或治療具有重要意義。例如，持續(xù)的血氧飽和度評估，特別是對患者、老年人和嬰兒的血氧飽和度，可以幫助反映患者的氧氣供應能力；化學成分的跟蹤，例如血液中的外源性藥物濃度，提供了有意義的藥代動力學信息；此外，血流動力學分析可以用于心血管疾病的診斷。

血液理化信息的無創(chuàng)監(jiān)測目前是使用光學或聲學傳感器實現(xiàn)的。隨著光電子技術(shù)的進步，接收血液反射光的光學傳感器可以制成柔性薄膜，從而與皮膚緊密粘附。因此，心血管相關(guān)參數(shù)，包括氧飽和度、葡萄糖水平、血壓和血流，可以被光學監(jiān)測。然而，由于光子在人體組織內(nèi)的快速擴散和散射，光學傳感器只能統(tǒng)計地讀出光輻射區(qū)域的總體生理信息，但無法解析深層組織中的任何特定血管。類似地，用于皮膚生理學研究的基于熱傳輸特性的血流檢測僅能夠進入淺表脈管系統(tǒng)。

除了光學傳感器之外，檢測從血管傳輸?shù)某暶}沖的柔性振動傳感器也可以評估心血管相關(guān)的血液動力學信息，這些信息已經(jīng)被很好地小型化并使皮膚變得可塑形；使用振動傳感器可以實現(xiàn)單血管分辨率的深血管測量。然而，涉及超聲技術(shù)的振動測量僅對血液的機械特性敏感，無法感知血液生理生物標志物的變化。其他非侵入性方法，如電化學方法，可以從體液（如汗液、眼淚和唾液）間接推斷血液生理參數(shù)。盡管如此，外部流體的組成僅部分依賴于血液，也不能立即反映原位血液狀態(tài)和血管形態(tài)。簡言之，目前的血液傳感器無法定位皮膚下的血管，從而提供有關(guān)分布式血液特性的直接信息。除此之外，他們只能提供單一的生理生命測量，從而限制了他們對心血管健康狀況進行全面、多維評估的能力。

本文亮點

1. 本工作報道了一種靈活的光聲血液“聽診器”，用于無創(chuàng)、多參數(shù)和連續(xù)的心血管監(jiān)測，無需復雜的程序。光聲血液“聽診器”的特點是光傳輸元件照射血液，壓電聲學元件捕獲光誘導聲波。

2. 光聲血液“聽診器”可以粘附在皮膚上，對多種心血管生物標志物進行連續(xù)、無創(chuàng)的原位監(jiān)測，包括缺氧、血管內(nèi)外源性藥物濃度衰減和血液動力學，這些都可以通過定制的3D算法進一步可視化。

3. 體內(nèi)動物試驗和人體受試者的演示突出了光聲血液“聽診器”在心血管疾病診斷和預測方面的潛力。

圖文解析

圖1 光聲血液聽診器（OBS）的設(shè)計和工作原理

圖2 光學和聲學元件的設(shè)計和特性

圖3 3D成像算法

圖4小鼠缺氧和血管內(nèi)外源性藥物濃度衰減試驗

圖5 靜脈血管閉塞試驗

圖6 動脈血管閉塞試驗

審核編輯：劉清