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心导管配备软性电子装置 辅助心脏病诊治

集成软性电子装置阵列的心内膜气球导管可显著改善心脏病诊断与治疗结果。乔治华盛顿大学与西北大学

乔治华盛顿大学(George Washington University)与西北大学(Northwestern University)的研究团队开发全新类型软性材料,集成包括可延展与具弹性的传感器与致动器等智能软性电子装置于心导管系统,所提供的扩充功能可显著改善数种心脏疾病与状况的诊断与治疗结果。

根据Electronics360报导,目前最低侵入性手术使用的心导管,虽配备有感测与制动元件,但均为刚性材质,再加上相对原始的操作模式,对软组织表面的适应性并非绝佳,使得应用范围受限且经常需要搭配多个探头,或是需要延长手术时间与增加采用先进技术的需求,因此会影响到取得所需电生理学资料的成本、效率、时间。

而该研究团队开发的心导管,从材质、装置设计、制造方式着手,并集成先进电子技术,非常适合应用于软组织,让心脏疾病的评估与治疗更方便,同时可缩短每次手术所需时间。研究成果显示最低侵入性手术的设备,集成传感器与致动器的多模与多工能力有助于病灶定位,将可提高手术精确度与效率、降低风险、强化治疗成效。

研究团队运用多物理建模(multiphysics modelling)、人类与动物的Langendorff离体心脏灌流系统、塑料心脏模型,展示采用多层配置的软性电子装置阵列,在应用于心内膜气球导管时能跟组织的曲线表面密合接触,因此可执行包括体内温度/接触力/电化学参数的同时量测、诊断与治疗方式的客制化、实时结果回馈等各种功能。

例如心内膜气球导管集成压力与温度传感器等软性电子装置,可用于分析周围的心脏组织,促成电生理学、压力、温度参数的高密度时空对应(high-density spatiotemporal mapping),并可对心脏与神经细胞进行程控的电刺激与射频消融术等最低侵入式手术,以消除心律不整与不可逆电穿孔的根源,且确保治疗的药物可直接输送进入细胞中。

这套心导管系统,还能大幅缩短侵入式消融术施行的时间,降低医师与病患暴露于X光辐射的风险。研究团队的论文于2020年9月7日发表在Nature Biomedical Engineering期刊。


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