事:研究人员开发出一种新型光纤传感器设备 支持人工智能 帮助监测脑损伤

来源：百医网2022-08-24 10336047

研究人员继续开发传感器，并使用光束来扩大可测量的生物标志物的范围，如炎症因子和神经递质。他们还开发了更复杂的机器学习系统，以充分利用现有的数据和预测机制。

伦敦帝国理工学院研发的一种新型人工智能光纤传感器，可以同时测量创伤性脑损伤的关键生物标志物。

动物组织测试的令人鼓舞的结果表明，与目前相比，它可以帮助临床医生更好地监测疾病进展和患者对治疗的反应，这表明未来人类诊断测试有很大的潜力。

头部严重受伤的人，如在道路交通事故中受伤的人，可能会遭受脑外伤(TBI)，这是全世界死亡和残疾的主要原因，并可能导致记忆、注意力和解决问题方面的长期困难。

在治疗期间，需要持续监测TBI。因此，在神经重症监护环境中使用颅内探针监测损伤进展的关键指标称为生物标志物，如大脑中的压力和氧气。

其中一些探针一次只能测量一种生物标志物。其他人可以监测各种生物标志物，但需要在大脑中插入几根管子，这可能导致进一步的组织损伤或感染。

帝国理工学院的研究人员现在开发了一种病人监测系统，用于监测创伤性脑损伤后的各种生物标志物。该设备将同时监测四种生物标志物的能力与机器学习算法相结合，该算法使用以前的数据，根据获得的数据实时预测生物标志物浓度。如果经过优化并被证明适用于人体，该设备可以帮助医院更有效地监测TBI。

主要作者，伦敦帝国理工学院化学工程系的胡博士说：这是一个有希望的突破。我们令人鼓舞的结果表明，准确的生物标志物监测和准确的损伤进展预测可以帮助临床医生监测患者的大脑健康和进一步发展后的治疗反应。

这项研究发表在期刊《Matter》上。

该设备包括一根柔性硅基光纤，它被插入到脑组织中，以监控大脑和脊髓周围的脑脊液(CSF)。连接到纤维末端的是四个传感膜，它们可以同时连续测量脑脊液中每个生物标志物的水平：pH值、温度、溶解氧和葡萄糖。胶片上覆盖有黑色护套，以减少背景噪音并提高数据准确性。

为了测试该设备，研究人员连续监测不同状态下羔羊大脑中这些生物标志物的水平。羊的大脑没有受过脑损伤，所以它是健康的，悬浮在人工脑脊液中。研究人员可以随意调整它，以模拟轻度和重度脑损伤的大脑化学。

首先，他们测量了健康脑脊液中的生物标志物，然后测量了轻度和重度脑损伤中的生物标志物。为了模拟TBI患者从药物治疗中的改善，他们在轻度TBI状态下再次被测量。

第一作者，化学工程系博士生张说，他们的设备收集的医学数据范围很广，目前只有许多不同的传感器才能实现。光纤传感器设备与人工智能(AI)集成，以减少交叉干扰。

合著者，四川大学的南江博士说：该装置在连续测量健康、轻度脑损伤和重度脑损伤状态下的每个生物标志物方面具有很高的准确性。

其高性能包括高灵敏度(检测痕量生物标志物的能力)、选择性(区分生物标志物的能力)、稳定性(以最小信号漂移提供长期监测的能力)、生物相容性(传感器在长期植入过程中与脑组织安全交互的能力)等。

机器学习模型可以使用以前测量库中的读数实时准确地预测生物标志物的浓度。它还可以识别研究人员模拟的TBI不同阶段之间的过渡。

化学系研究小组负责人Arie Thyssen博士表示，他们的研究表明，该设备可以动态监测多种生物标志物，以评估大脑中的代谢变化。它不断反映损伤的状态，有助于神经外科医生准确追踪疾病进程，做出循证的临床决策和治疗。

研究人员继续开发传感器，并使用光束来扩大可测量的生物标志物的范围，如炎症因子和神经递质。他们还开发了更复杂的机器学习系统，以充分利用现有的数据和预测机制。他们还指出，需要使用活体动物进行更多的测试，以评估整个身体对探针的反应，并测试光纤传感器在实际应用中的能力。

参考

张，等，用于动态脑监测的多路光纤传感器，Matter(2022)。

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