手術(shù)切口遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀及研究進(jìn)展

趙春林 李玲利 賀婷婷 王晶

(四川大學(xué)華西護(hù)理學(xué)院/四川大學(xué)華西醫(yī)院胸外科,四川 成都 610041 )

手術(shù)切口愈合反應(yīng)可分為4個(gè)階段：止血期、炎癥期、 肉芽組織形成期及組織重塑期，任何一個(gè)階段的失敗或延長(zhǎng)都可能導(dǎo)致切口延遲愈合或不愈合[1]，切口愈合不良可給全球醫(yī)療服務(wù)造成巨大財(cái)政負(fù)擔(dān)[2]，傳統(tǒng)出院后手術(shù)切口管理方案是出院時(shí)醫(yī)務(wù)人員告知患者切口異常的表現(xiàn)及處置方法，但有研究[3]表明，即使出院時(shí)對(duì)患者或家屬進(jìn)行手術(shù)切口的常規(guī)指導(dǎo)，仍有很多患者擔(dān)心自己不知道如何處理手術(shù)后的切口問(wèn)題，患者的主要擔(dān)心在于切口并發(fā)癥及切口感染的鑒別以及切口疼痛的處理等。將遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)引入切口管理，通過(guò)智能手機(jī)APP以及嵌入微電子傳感器、微處理器、無(wú)線通信和無(wú)線電等元素的智能敷料來(lái)對(duì)手術(shù)切口進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)或治療，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傷口愈合進(jìn)展，及時(shí)識(shí)別和處置異常切口，從而幫助患者有效進(jìn)行切口管理，提高手術(shù)切口的愈合率。筆者就遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)在手術(shù)切口中的應(yīng)用及進(jìn)展綜述如下。

1 智能手機(jī)移動(dòng)應(yīng)用程序在切口監(jiān)測(cè)中的運(yùn)用

利用智能手機(jī)和移動(dòng)計(jì)算設(shè)備(如平板電腦)將高分辨率相機(jī)與強(qiáng)大的計(jì)算能力結(jié)合在一起作為切口移動(dòng)診斷和監(jiān)測(cè)的儀器，在切口遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。Gunter R.L等[4]于2018年開(kāi)發(fā)了一種遠(yuǎn)程傷口監(jiān)測(cè)程序用于手術(shù)后切口的監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示患者和醫(yī)務(wù)人員均能很好地利用該程序完成切口管理，表明了移動(dòng)應(yīng)用程序的可行性。Zhang J等[5]對(duì)1 434例患者通過(guò)在線醫(yī)療交流和教育平臺(tái)-ForceTherapeutics上發(fā)送的圖像進(jìn)行分析，結(jié)果顯示對(duì)于傷口異常的患者，使用在線圖像信息平臺(tái)進(jìn)行切口監(jiān)測(cè)可使他們的切口問(wèn)題得到更快速的評(píng)估和管理，證明了在線圖像信息平臺(tái)可以實(shí)時(shí)與圖像提供者的溝通、管理潛在切口問(wèn)題。目前，基于智能手機(jī)及移動(dòng)應(yīng)用程序的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在外科手術(shù)切口管理中，如心血管外科[6]、骨科[5]、普外科術(shù)后切口及外科手術(shù)部位感染(SSI)[7]的預(yù)測(cè)，實(shí)踐證明手機(jī)智能移動(dòng)應(yīng)用程序能夠準(zhǔn)確地替代書(shū)面?zhèn)谖臋n進(jìn)行傷口評(píng)估，并且通過(guò)智能手機(jī)獲取的圖像和隨后的評(píng)估代替面對(duì)面的現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估。

盡管諸多臨床案例顯示手機(jī)智能應(yīng)用程序可被準(zhǔn)確地用作臨床輔助工具，但大多數(shù)研究只納入了單病種，且并發(fā)癥基線率較低的病人群體，因此不能充分證明其有效性，被廣泛應(yīng)用于外科手術(shù)切口的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。另一方面，由于患方拍攝技術(shù)水平的差異，通過(guò)應(yīng)用程序收集到的數(shù)據(jù)的可靠性在一定程度上有所折損。因此，手機(jī)智能應(yīng)用程序必須操作簡(jiǎn)單，不會(huì)增加患者及家屬額外的負(fù)擔(dān)。

2 可穿戴傳感器設(shè)備在術(shù)后切口監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1可穿戴傳感器設(shè)備的工作原理 鑒于傳統(tǒng)傷口內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)需去除輔料、采用侵入性方式進(jìn)行檢測(cè)，所以一種可穿戴傳感器的智能敷料應(yīng)運(yùn)而生，該傳感器可提供對(duì)傷口的實(shí)時(shí)分析和預(yù)警。切口監(jiān)測(cè)穿戴傳感器設(shè)備是一種將微電子傳感器、微處理器、無(wú)線通信和無(wú)線電等元素的嵌入傷口敷料中，微電子傳感器能對(duì)傷口愈合過(guò)程中傷口微環(huán)境中的pH值、酶、揮發(fā)性有機(jī)氣體、溫濕度、葡萄糖及乳酸等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以此為憑證來(lái)判斷傷口愈合的進(jìn)程和炎癥的分期。

2.2常見(jiàn)可穿戴設(shè)備及應(yīng)用

2.2.1pH傳感器 傷口的pH值是一個(gè)動(dòng)態(tài)因素，可以隨著治療干預(yù)而迅速改變[8]。因此可通過(guò)在傳統(tǒng)敷料中引入 pH 指示劑，得到相應(yīng)的pH值來(lái)判斷傷口的微環(huán)境情況。Petar Kassala[9]、D.A.Jankowska等[10]基于pH指示劑染料，通過(guò)將切口滲出液中代謝產(chǎn)物和酶濃度的變化轉(zhuǎn)化為光感信號(hào)，從而以監(jiān)測(cè)切口中pH值的濃度來(lái)達(dá)到監(jiān)測(cè)切口愈合的目的。D.A.Jankowska等[10]的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)因加入了以葡萄糖氧化酶和辣根過(guò)氧化物酶為基礎(chǔ)的代謝物敏感酶體系，所以不僅能監(jiān)測(cè)pH值，還能監(jiān)測(cè)葡萄糖濃度。此類型pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅價(jià)格便宜，還具有模塊化的優(yōu)勢(shì)，易集成到現(xiàn)有的傷口敷料襯板中，具有較高的成本效益。Rahim Rahimi等[11]提出了一種價(jià)格低廉的柔性pH傳感器陣列，它是在一張涂有聚合物的商用紙(調(diào)色板紙)上制造的，每個(gè)傳感器由兩個(gè)絲網(wǎng)印刷電極、一個(gè)Ag/AgCl參比電極和一個(gè)涂有導(dǎo)電質(zhì)子選擇性聚合物(聚苯胺，PANI)膜的碳電極組成，該傳感器陣列具有很好的靈活性，以及制作成本廉價(jià)等優(yōu)勢(shì)。另外Jo Hee Yoon等[12]研制了基于軟光刻和電極沉積工藝制備的聚苯胺納米柱陣列的電位pH傳感器，該傳感器能在其彎曲狀態(tài)下也能保持較高的pH靈敏度。雖然很多技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室樣本階段，但這些不同工藝的研究發(fā)現(xiàn)對(duì)傷口監(jiān)測(cè)可穿戴設(shè)備應(yīng)用于傷口的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)提供了理論及技術(shù)支撐。

2.2.2溫度、濕度監(jiān)測(cè)傳感器 溫度對(duì)人體每個(gè)系統(tǒng)的功能起著重要作用，機(jī)體細(xì)胞功能都會(huì)受到溫度的影響，在切口的愈合過(guò)程中也是如此，雖然傷口溫度升高與炎癥有關(guān)，而炎癥本身并不總是感染的跡象，但在未愈合的傷口中，溫度持續(xù)升高>1.11°C可能是細(xì)菌感染的一個(gè)可能指標(biāo)[13]。將持續(xù)的傷口溫度監(jiān)測(cè)與其他傷口生物標(biāo)志物相結(jié)合，能更早地發(fā)現(xiàn)感染。Dong Lou等[14]通過(guò)將溫度傳感器STH21嵌入傷口敷料中，創(chuàng)建了一個(gè)監(jiān)測(cè)切口溫度的系統(tǒng)，借助智能手機(jī)APP可顯示和分析實(shí)時(shí)傷口溫度。該系統(tǒng)通過(guò)在豬的傷口模型中應(yīng)用，很好地揭示了傷口愈合過(guò)程中溫度的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。Pang Q等[15]將溫度傳感器和紫外線發(fā)光二極管集成，輔以紫外線反應(yīng)抗菌水凝膠。該敷料可通過(guò)集成傳感器的實(shí)時(shí)傷口溫度監(jiān)測(cè)提供早期感染診斷，并且能通過(guò)原位紫外線照射從水凝膠中釋放抗生素進(jìn)行抗感染治療。Tran Quang Trung等[16]還研究出了一種可貼身穿戴透明的、可伸縮的溫度傳感器，但如何將此技術(shù)運(yùn)用于切口溫度的監(jiān)測(cè)還需進(jìn)一步研究，另外Salvo等[17]探討了用還原氧化石墨烯(RGO)和氧化石墨烯(GO)分別測(cè)量傷口溫度和pH值的可能性，這些均表明了可穿戴設(shè)備在上傷口溫度和pH值方面的巨大潛力。

濕度會(huì)影響傷口愈合，所以及時(shí)評(píng)估傷口的滲出率、敷料的飽和度等也非常重要。David McColl等[18]在2007年提出了一種可以放置在切口敷料界面能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)水分水平的傳感器，并在2009年設(shè)計(jì)了一種監(jiān)測(cè)切口床上的水分含量，同時(shí)使敷料不受干擾，只有在必要時(shí)才會(huì)發(fā)生改變的傷口傳感器[19]。Milne Stephen D等[20]將水分傳感器安置于傷口表面，通過(guò)水分傳感器來(lái)觀察傷口在敷料變化時(shí)的水分狀況，結(jié)果顯示使用濕度傳感器可以減少敷料更換，并且為臨床醫(yī)生傷口敷料類型的選擇提供參考，以使傷口達(dá)到最佳愈合條件。但是由于傷口愈合最適宜的濕度至今仍無(wú)定論，所以這也增加了監(jiān)測(cè)傷口濕度的傳感器的研究的難度。

2.2.3壓力監(jiān)測(cè)傳感器 切口的愈合需要適宜的壓力，敷料貼附太緊或者切口受壓時(shí)會(huì)限制切口處血液循環(huán)，造成切口局部缺血、缺氧，甚至組織壞死。實(shí)時(shí)測(cè)量敷料的壓力，描繪壓力隨時(shí)間的變化曲線，有助于合理使用敷料，促進(jìn)傷口愈合。Jawad Al Khaburi等[21]研發(fā)了壓力映射繃帶樣機(jī)，對(duì)該系統(tǒng)傳感器的敏感區(qū)施加力會(huì)使傳感器的電阻降低，導(dǎo)電性增加，以便通過(guò)電導(dǎo)的變化來(lái)觀察壓力的變化，盡管該系統(tǒng)針對(duì)醫(yī)用壓迫繃帶的壓力監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性有所欠缺，但初步測(cè)試的結(jié)果表明，可將其用于醫(yī)用壓迫繃帶壓力的定性反饋。Nasir Mehmood等[22]提出了一種可移動(dòng)的遙測(cè)雙模式傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在壓縮繃帶和傷口敷料內(nèi)同時(shí)感知兩個(gè)位置的壓力和水分，并已在人體四肢和一位志愿者身上得到驗(yàn)證，但是在其他類型和部位的傷口的推廣仍需要進(jìn)一步驗(yàn)證。Muhammad Fahad Farooqui等[23]設(shè)計(jì)了一種連續(xù)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)噴墨打印在繃帶上來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以對(duì)不規(guī)則出血、pH值變化和傷口部位外壓等參數(shù)發(fā)出預(yù)警。但該系統(tǒng)的智能繃帶含有可拆卸的部分，需要配備安裝可拆卸部分的工具，操作較為繁復(fù)，另一方面可拆卸部分的重復(fù)使用存在一定安全隱患，如果能采用一次性裝置，則安全性和便捷性會(huì)大幅提升。

2.2.4葡萄糖含量監(jiān)測(cè)傳感器 切口的葡萄糖濃度與愈合狀態(tài)有關(guān)，對(duì)其監(jiān)測(cè)可能判斷創(chuàng)面愈合進(jìn)程。Hyunjae等[24]提出了一種基于汗液的葡萄糖傳感裝置，這種監(jiān)測(cè)血糖的方式對(duì)于手術(shù)后患者切口的葡萄糖含量的監(jiān)測(cè)提供了方案。Amay J.Bandodkar等[25]提出非侵入性血糖監(jiān)測(cè)的全印刷臨時(shí)紋身血糖傳感器的概念，這項(xiàng)研究初步表明此方法可以擴(kuò)展到對(duì)間質(zhì)液體中存在的其他生理相關(guān)分析物的非侵入性監(jiān)測(cè)。Krismastuti等[26]研制的基于多孔硅(PSI)/聚合物復(fù)合材料葡萄糖檢測(cè)平臺(tái)，能夠檢測(cè)低至0.15 mm的緩沖液中的葡萄糖。另外Jankowska等[27]也研制出一種能同時(shí)檢測(cè)出傷口中pH值及葡萄糖濃度的光學(xué)生物傳感器。這些傳感技術(shù)已在實(shí)驗(yàn)室得到驗(yàn)證，未來(lái)有望在切口監(jiān)測(cè)中發(fā)揮重要作用。

2.2.5氧氣傳感器、氣味傳感器 切口愈合需要氧氣，在持續(xù)性炎癥期間，傷口滲出液中溶解氧的分壓在5～20 mmHg(1 mmHg≈0.133 kPa)，而健康組織的溶解氧分壓在30～50 mmHg[28]，所以可以通過(guò)傷口中氧氣的監(jiān)測(cè)以達(dá)到對(duì)傷口的監(jiān)測(cè)。M.Ranieri等[29]首次將經(jīng)皮氧通量測(cè)量應(yīng)用于術(shù)后創(chuàng)面監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示經(jīng)皮氧通量成像是評(píng)估術(shù)后創(chuàng)面愈合的可靠工具。Tavakol等[30]用氧感應(yīng)納米粒子(BNPs)制成一種雙層薄膜，應(yīng)用于豬傷口愈合模型中驗(yàn)證薄膜在感應(yīng)傷口氧合中的效用，證明了一種新型低成本氧感應(yīng)薄膜對(duì)傷口氧合的連續(xù)評(píng)估的用途，使之能監(jiān)測(cè)傷口愈合軌跡。

人工嗅覺(jué)系統(tǒng)，通常稱為電子鼻，長(zhǎng)期以來(lái)一直被用于檢測(cè)細(xì)菌產(chǎn)生的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)。2011年徐姍等[31]提出了基于一種由6個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器組成的人工鼻和獨(dú)立分量分析 (ICA) 的方法來(lái)檢測(cè)常見(jiàn)的傷口感染病原菌。呂博等[32]針對(duì)細(xì)菌代謝產(chǎn)生的不同產(chǎn)物，選擇合適的傳感器構(gòu)建傳感器陣列，完成電子鼻氣味采集平臺(tái)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建，并通過(guò)智能算法構(gòu)建感染識(shí)別模型。將此傳感技術(shù)與切口相結(jié)合，將更有利于早期發(fā)現(xiàn)切口感染，實(shí)現(xiàn)對(duì)切口的更好管理。

2.2.6尿酸監(jiān)測(cè) 由于傷口內(nèi)的組織重塑，傷口內(nèi)尿酸鹽濃度的增加，能有效地促進(jìn)和延長(zhǎng)炎癥，并阻礙愈合過(guò)程，從而導(dǎo)致慢性傷口的發(fā)展，因此可以通過(guò)檢測(cè)尿酸水平或白蛋白中一種或多種尿酸前體的水平來(lái)監(jiān)測(cè)傷口的嚴(yán)重程度[33]。Jolene Phair等[34]將一種碳復(fù)合聚合物摻入可集成到傳統(tǒng)傷口敷料中的碳顆粒，結(jié)果顯示聚合物中的聚乙烯網(wǎng)能夠監(jiān)測(cè)傷口中的尿酸含量，為傷口的評(píng)估提供客觀依據(jù)。

2.2.7C反應(yīng)蛋白傳感器 C反應(yīng)蛋白是最常用的急性期反應(yīng)物，在炎癥過(guò)程中，受損組織產(chǎn)生滲出液含有大量C反應(yīng)蛋白，一些研究已經(jīng)表明了反應(yīng)蛋白的產(chǎn)生與傷口感染的關(guān)系。盡管反應(yīng)蛋白濃度與疾病嚴(yán)重程度之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性，但高濃度的反應(yīng)蛋白比血漿粘度、血沉等其他因素更能反映炎癥和/或組織損傷[35]，最近的一項(xiàng)研究表明，糖尿病足感染級(jí)別越高，反應(yīng)蛋白水平就越高[36]，也有研究表明反應(yīng)蛋白可用于監(jiān)測(cè)局部感染的治療反應(yīng)[37]，最常見(jiàn)的測(cè)定反應(yīng)蛋白水平的方法是基于免疫分析的，例如酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)，這些方法需要在專門(mén)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，并且檢測(cè)過(guò)程費(fèi)時(shí)，試劑盒昂貴?，F(xiàn)有大量測(cè)量反應(yīng)蛋白的生物傳感器試圖達(dá)到與ELISA檢測(cè)相似或更好的性能，Celine I.L.Justino等[38]設(shè)計(jì)了一種基于碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一次性C反應(yīng)蛋白免疫傳感器，該傳感器能監(jiān)測(cè)到的C反應(yīng)蛋白濃度范圍使其用于多種應(yīng)用，如心血管疾病和切口炎癥/感染的監(jiān)測(cè)。目前大量涉及反應(yīng)蛋白的研究工作大多數(shù)是針對(duì)心血管應(yīng)用的，雖然其中一些生物傳感器也適用于傷口狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，但要將C反應(yīng)蛋白傳感器應(yīng)用于傷口的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)還需要進(jìn)一步研究。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)在切口管理中的展望

在“互聯(lián)健康”的背景下，切口管理的趨勢(shì)是向智能化、便攜式或可穿戴傳感器發(fā)展，這種智能化設(shè)備和傳感器可以在不需要患者住院的情況下連續(xù)監(jiān)測(cè)傷口愈合情況。但是由于智能應(yīng)用程序的圖像質(zhì)量以及手術(shù)切口大小及特征的提取等問(wèn)題，使得智能應(yīng)用程序在切口監(jiān)測(cè)方面還有一定不足，令人振奮的是針對(duì)這些問(wèn)題Jiang Z[39]、Lucas Y等[40]使用機(jī)器學(xué)習(xí)和醫(yī)學(xué)圖像分析技術(shù)，使得非專業(yè)的臨床醫(yī)療領(lǐng)域的患者拍攝的低質(zhì)量切口圖像映射到由專業(yè)人員收集的切口圖像數(shù)據(jù)創(chuàng)建的高質(zhì)量的切口圖像模板中，讓這些低質(zhì)量的圖像可以被自動(dòng)校準(zhǔn)、增強(qiáng)、歸位等。Virginia Mamone等[41]用立體攝影測(cè)量法建立精確的創(chuàng)面三維模型，提供對(duì)傷口愈合狀態(tài)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)視覺(jué)反饋。這些快速和非侵入性的成像技術(shù)在革新傷口感染診斷和監(jiān)測(cè)方面具有巨大的潛力。

然而，到目前為止，這些智能化設(shè)備和新型傳感器的商業(yè)化還不成熟。特別是切口可穿戴傳感器的商業(yè)化，大多數(shù)傳感器是單參數(shù)傳感器，很少有文獻(xiàn)描述使用壓力、水分、溫度及pH等傳感器來(lái)生成完整的傷口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。并且在將這些生物傳感器投入實(shí)際使用之前，除了擴(kuò)大檢測(cè)范圍外，還應(yīng)對(duì)實(shí)際樣品進(jìn)行更多的測(cè)試，并充分驗(yàn)證傳感器的生物兼容性、選擇性、敏感性以及傳感器的壽命。與獲得更可靠的傷口愈合傳感器相關(guān)的另一個(gè)挑戰(zhàn)是數(shù)據(jù)管理、處理，特別是傷口關(guān)鍵指標(biāo)問(wèn)題，會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，如何對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理分析，以得到對(duì)傷口愈合過(guò)程的的階段、以及出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行綜合分析，還需要進(jìn)一步的研究。