傳感器技術(shù)在皮膚病診斷與監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

葉晟楨,張雪珥,陳蕊,陳明嶺

皮膚病種類繁多,影響著全球范圍內(nèi)近1/3的人口,多種皮膚疾病如銀屑病、特應(yīng)性皮炎、皮膚腫瘤已成為全球主要的公共衛(wèi)生問(wèn)題,也是眾多國(guó)家醫(yī)療保險(xiǎn)負(fù)擔(dān)的主要來(lái)源之一[1]。現(xiàn)有的皮膚病診斷模式多以醫(yī)生的視覺(jué)判斷為主,受其知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)水平差異的影響,診斷結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)不一致性,因此皮膚病的客觀化診斷一直是需要攻克的技術(shù)難題?，F(xiàn)有的輔助檢查雖然可以提升整體的診斷水平,但皮膚鏡、皮膚CT、皮膚超聲、伍德燈等因不同皮膚病變之間的對(duì)比度低,類間或類內(nèi)差異大,視覺(jué)相似性高,特異性不強(qiáng)。皮膚病理活檢被視為皮膚病診斷的金標(biāo)準(zhǔn),但常需要多次多部位取材,并且侵入性的操作存在感染、色素沉著、瘢痕等風(fēng)險(xiǎn),這使得部分患者難以接受和配合,同時(shí)檢查需要借助大型精密儀器和高級(jí)技術(shù)人才進(jìn)行綜合判斷,診斷報(bào)告出具時(shí)間長(zhǎng),在一定程度上影響患者的治療。人工智能的發(fā)展雖然促進(jìn)了皮膚病診斷客觀化的發(fā)展,但需要高質(zhì)量的大樣本數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)器進(jìn)行訓(xùn)練,而目前皮膚病圖像數(shù)據(jù)不足,質(zhì)量欠佳,訓(xùn)練數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)不可靠性,影響機(jī)器的診斷效果,尤其對(duì)于深色皮膚的診斷準(zhǔn)確性有待提高[2]。此外,人工智能涉及到許多倫理道德問(wèn)題亟待解決。

多種皮膚病屬于慢性疾病,在傳統(tǒng)的醫(yī)療模式中,患者需要長(zhǎng)時(shí)間前往醫(yī)院就診,經(jīng)濟(jì)花費(fèi)多,同時(shí)醫(yī)生只能靜態(tài)采集就診時(shí)的皮損形態(tài)特點(diǎn),對(duì)皮損的動(dòng)態(tài)變化多參考患者的描述,不準(zhǔn)確的描述可能會(huì)增加誤診漏診的風(fēng)險(xiǎn)。老齡化的加速,工作時(shí)間的增加,為患者到醫(yī)院就診帶來(lái)了諸多不便,使得“以醫(yī)院為中心”的醫(yī)療保健模式逐漸發(fā)生轉(zhuǎn)變,人們?cè)絹?lái)越重視疾病的預(yù)防、早期風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)現(xiàn)以及遠(yuǎn)程的檢測(cè)與治療。因此,更加廉價(jià)、智能、安全、便攜、靈敏的動(dòng)態(tài)化皮損診斷與監(jiān)測(cè)設(shè)備為醫(yī)療領(lǐng)域所迫切需要。近年來(lái),傳感器憑借其非侵入性、檢測(cè)快速、低成本、智能化等優(yōu)點(diǎn),為實(shí)現(xiàn)皮損的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)提供了可能,在皮膚病的診斷與監(jiān)測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。

1 傳感器的檢測(cè)原理與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1傳感器的基本概念及檢測(cè)原理 傳感器技術(shù)是當(dāng)今世界令人矚目的高新技術(shù)之一,眾多國(guó)家已把傳感器技術(shù)列為尖端技術(shù),對(duì)其發(fā)展倍加重視。高精確度、高靈敏度、智能化、微型化的傳感器設(shè)備推動(dòng)社會(huì)向信息化和網(wǎng)絡(luò)化邁進(jìn)。在傳感器出現(xiàn)之前,人類都是通過(guò)自身的感覺(jué)器官來(lái)探索未知自然界中的各種參數(shù),傳感器的出現(xiàn)極大的拓展了人類對(duì)未知領(lǐng)域的探索。作為采集檢測(cè)和轉(zhuǎn)換傳遞信息的裝置,傳感器能夠感知外界變化并做出反應(yīng),將目標(biāo)信號(hào)按照特定的規(guī)律方式轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電信號(hào)或其他信號(hào)輸出。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源4部分組成,敏感元件主要用于感知被測(cè)量的指標(biāo),并及時(shí)輸出與測(cè)量指標(biāo)相關(guān)的物理量信號(hào)。轉(zhuǎn)換元件將物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),變換電路在接受電信號(hào)后進(jìn)行相應(yīng)的處理并輸出,輔助電源主要保證工作開(kāi)展所需的電力[3]。傳統(tǒng)的傳感器主要以各種剛性材料為敏感元件,存在笨重、硬脆的缺點(diǎn),無(wú)法應(yīng)用于柔性人機(jī)交互與便攜可穿戴智能設(shè)備中。因此,目前傳感器的研究已向柔性材料方向發(fā)展,具備類似于人類皮膚的特性,擁有可延展、可彎曲的柔韌性,可以適應(yīng)任意載體形狀,利于測(cè)量物體表面受力信息、感知目標(biāo)物體性質(zhì)特征,從本質(zhì)上可以代替并延伸人類的感官,在控制功能和自動(dòng)檢查方面有著優(yōu)越的效果,同時(shí)具有無(wú)創(chuàng)性、皮膚刺激性小和易于測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)[4]。

1.2傳感器技術(shù)為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展提供動(dòng)力 隨著傳感器技術(shù)的日趨成熟,人們對(duì)其重視程度也越來(lái)越高,將其廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。其中,傳感器技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用為疾病的診斷、治療及預(yù)防提供了新的動(dòng)力。作為各種醫(yī)療設(shè)備核心組件不可缺少的部分,醫(yī)用傳感器的應(yīng)用降低了人工成本和錯(cuò)誤發(fā)生率,提高了自動(dòng)化程度和精確度,是促進(jìn)醫(yī)學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。在疾病的診斷方面,光學(xué)傳感器可用于遠(yuǎn)程評(píng)估血流中二氧化碳濃度[5];光纖傳感器用于檢測(cè)體內(nèi)氧氣和pH值[6];DNA適體納米孔傳感器可以直接檢測(cè)SARS-CoV-2病毒[7];基于微機(jī)電系統(tǒng)的傳感器能有效診斷和治療新冠肺炎和其他流行性疾病[8];基于CRISPR/Cas9系統(tǒng)的新型MSPQC M.TB傳感器能準(zhǔn)確快速的檢測(cè)由結(jié)核分枝桿菌引起的結(jié)核病[9];基于MXene的酶?jìng)鞲衅饔糜谀懝檀嫉母哽`敏度和選擇性檢測(cè)[10];血清中的葡萄糖可以由非酶電化學(xué)傳感器檢測(cè)[11];X線可視化滑膜液二氧化碳傳感器可以進(jìn)行人工髖關(guān)節(jié)感染的早期檢測(cè)[12];一種利用集成光學(xué)微環(huán)諧振器的新型微懸臂傳感器可用于人體癌癥的早期檢測(cè)[13];基于磁傳感器陣列的無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)跟蹤[14]。在疾病的防治方面,侵入性傳感器的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)有望在心力衰竭患者的護(hù)理中發(fā)揮強(qiáng)大作用[15];慣性測(cè)量單元傳感器可以評(píng)估橈骨遠(yuǎn)端骨折手術(shù)治療后的患者上肢運(yùn)動(dòng)范圍,并與年齡和骨折類型的分層分析進(jìn)行比較,同時(shí)進(jìn)行成本效益分析[16];鞋墊力傳感器的承重檢測(cè)為骨盆脆性骨折的治療提供了新的見(jiàn)解[17];傳感器技術(shù)還改進(jìn)了帕金森病的診斷和治療監(jiān)測(cè),并逐步改變帕金森疾病的護(hù)理方法[18]。

1.3傳感器技術(shù)在皮膚病領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 皮膚病學(xué)是以視覺(jué)判斷為主導(dǎo)的學(xué)科,需要客觀化診斷指標(biāo)的進(jìn)一步支持,傳感器因其便捷靈敏,測(cè)量不受時(shí)間和空間的限制,在皮膚病診斷與監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用也取得了初步成功。傳感器可以持續(xù)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)更新皮損情況,評(píng)估皮膚特性,如濕度、溫度、pH值等,皮膚科醫(yī)生可以通過(guò)傳感器采集的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)做出更好的決策和判斷,及時(shí)提供個(gè)性化治療。在遠(yuǎn)程醫(yī)療中,醫(yī)生也能通過(guò)傳感器的數(shù)據(jù)了解病情變化,方便進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)、管理和治療。同時(shí),傳感器的應(yīng)用還避免了很多非必要的侵入性檢查,節(jié)約大量醫(yī)療資源。此外,傳感器所監(jiān)測(cè)的大數(shù)據(jù)具有連續(xù)性和實(shí)時(shí)性,可以收集到疾病全過(guò)程的詳細(xì)資料,有利于疾病的全面研究[19]。

2 傳感器技術(shù)在皮膚病診斷與監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1皮膚生理指標(biāo)監(jiān)測(cè)

2.1.1皮膚屏障功能 皮膚是人體最大的器官,其屏障功能至關(guān)重要,對(duì)外可阻擋外界物理、化學(xué)、機(jī)械、生物等因素對(duì)皮膚的損傷,對(duì)內(nèi)能防止水分及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的丟失[20]。正常的皮膚含水量為20% ～35%,當(dāng)皮膚含水量降至10%以下時(shí),屏障功能即受損。皮膚屏障受損是問(wèn)題皮膚的主要特征,也是多種皮膚疾病的關(guān)鍵誘因和典型伴隨癥狀,如皮膚瘙癢癥、特應(yīng)性皮炎、銀屑病、痤瘡、慢性濕疹等的出現(xiàn)與屏障功能的下降密切相關(guān)[21]。角質(zhì)層是皮膚屏障的最外層,其吸收水分維持皮膚水化的能力,即皮膚的水合作用,角質(zhì)層的含水量能充分反映屏障功能。Matsukawa等[22]使用納米網(wǎng)電極監(jiān)測(cè)皮膚的水合水平,其有優(yōu)異的生物相容性,可以在不抑制經(jīng)表皮水分流失的情況下測(cè)量角質(zhì)層的含水量。當(dāng)前的皮膚病診斷工具通常僅能探測(cè)到皮膚表層15 μm左右,美國(guó)西北大學(xué)[23]推出了一種柔軟、無(wú)電池、無(wú)創(chuàng)、可重復(fù)使用的皮膚水合傳感器,該傳感器可黏附在大部分體表,能測(cè)量皮膚深度1 mm的含水量,并將數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)饺魏谓鼒?chǎng)通信兼容的智能手機(jī),有很高的測(cè)量精度和分辨率。該設(shè)備對(duì)特應(yīng)性皮炎、銀屑病、蕁麻疹、皮膚干燥癥和玫瑰痤瘡患者進(jìn)行了初步研究,取得了滿意診斷效果。Niu等[24]通過(guò)使用石英增強(qiáng)電導(dǎo)光譜開(kāi)發(fā)了一種高性能的柔性電容式濕度傳感器,能夠?qū)崟r(shí)提取各種生理信號(hào),包括皮膚非接觸式感測(cè)、尿布潤(rùn)濕過(guò)程、皮膚濕度和呼吸,這在許多疾病的預(yù)防和診斷中顯示出巨大的潛在價(jià)值。Liu等[25]研發(fā)的傳感器集成在柔性基板上作為可穿戴設(shè)備,能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)呼吸和皮膚水合等生理狀況。目前大部分濕度檢測(cè)器僅限于處理可感知的汗液,無(wú)法監(jiān)測(cè)到蒸汽狀態(tài)的無(wú)感知汗液。無(wú)感知汗液速率和流失有助于評(píng)估皮膚屏障功能和神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng),反映潛在的健康狀況,例如特應(yīng)性皮炎、傷口愈合、慢性心理壓力、焦慮或疼痛等。Liu等[26]開(kāi)發(fā)了在所有天氣條件下可以連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的高性能可穿戴無(wú)感汗液傳感器,用于評(píng)價(jià)皮膚溫度調(diào)節(jié)和屏障功能、情緒健康評(píng)估、疾病診斷和監(jiān)測(cè)情緒或味覺(jué)刺激。傳統(tǒng)薄膜基材會(huì)導(dǎo)致設(shè)備和生物組織之間的汗液或氣體積聚,從而對(duì)長(zhǎng)期濕度測(cè)量產(chǎn)生負(fù)面影響。Jeong等[27]使用多種生物相容性材料,開(kāi)發(fā)了一種可以長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)皮膚濕度的透氣納米網(wǎng)濕度傳感器,該傳感器具有良好的氣體和汗液滲透性,可以長(zhǎng)時(shí)間精確監(jiān)測(cè)物體的濕度水平,且不會(huì)在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)期間對(duì)其產(chǎn)生影響。

2.1.2皮膚表面pH值 皮膚表面pH值監(jiān)測(cè)在預(yù)防醫(yī)學(xué)、疾病診斷和患者護(hù)理中具有重要意義。角質(zhì)層的生理pH值為4.1～5.8,雖然在不同的種族、解剖部位和生長(zhǎng)發(fā)育期,皮膚表面的pH值會(huì)有一定的變化,但酸性環(huán)境始終是健康成人最佳的皮膚狀態(tài),具有保護(hù)功能,被稱之為“酸性地?！盵28]。目前,常見(jiàn)的皮膚疾病如特應(yīng)性皮炎、接觸性皮炎、魚(yú)鱗病、玫瑰痤瘡、痤瘡、銀屑病、敏感性皮膚、皮膚真菌感染、脂溢性皮炎、皮膚瘙癢癥、濕疹、尿布皮炎、慢性皮膚潰瘍等,均可表現(xiàn)為皮膚pH值的升高,通常與疾病嚴(yán)重程度呈正比[29]。局部酸化治療可以使pH值正?；?有助于修復(fù)皮膚屏障,減少炎癥,促進(jìn)疾病好轉(zhuǎn)。Patel等[30]將可穿戴傳感器與無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合,研發(fā)出能對(duì)皮膚創(chuàng)面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和治療的可穿戴電子設(shè)備,在監(jiān)測(cè)創(chuàng)面pH值的同時(shí),還能反映溫度、葡萄糖、尿酸等指標(biāo),可以幫助醫(yī)生診斷和識(shí)別早期皮膚潰瘍的形成。Choi等[31]發(fā)現(xiàn)皮炎和真菌感染、劇烈運(yùn)動(dòng)、中暑等均可使皮膚pH變?yōu)槿鯄A性,需要對(duì)皮膚狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)以防止其惡化,因此研發(fā)了基于紡織品的pH傳感器,具有高靈活性和機(jī)械穩(wěn)定性,可以在重復(fù)彎曲循環(huán)后保持其pH感測(cè)能力。長(zhǎng)期的皮膚健康監(jiān)測(cè)需要高柔韌性、生物相容性、可生物降解性、舒適性和透氣性,傳統(tǒng)材料在柔性傳感器方面受到限制。Hou等[32]將微水合和pH傳感器集成在復(fù)合絲素膜上,用于實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè),具有較好的柔韌性、透氣性和較低的剛度,在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中,該傳感器具有良好的生物相容性,可以預(yù)防長(zhǎng)時(shí)間穿戴所引起的過(guò)敏反應(yīng)。Wang等[33]開(kāi)發(fā)了靈活且高度集成的傳感裝置,用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汗液Na+濃度、pH值、皮膚阻抗和溫度,可以有效預(yù)防銀屑病等多種皮膚疾病。

2.2皮膚疾病診斷與監(jiān)測(cè)

2.2.1結(jié)締組織病 硬皮病是一種以皮膚硬化及內(nèi)臟器官組織纖維化為主要特征的結(jié)締組織病,分為局限性和系統(tǒng)性兩型,其中局限性硬皮病又稱為硬斑病。硬皮病的起病與進(jìn)展均較為隱匿,尤其是線狀硬皮病,以前額、四肢及肋間多見(jiàn),長(zhǎng)時(shí)間的漏診誤診直接導(dǎo)致頭皮凹陷,關(guān)節(jié)攣縮和較高的致畸致殘率。同時(shí),大部分系統(tǒng)性硬皮病患者在早期以雷諾現(xiàn)象為首發(fā)癥狀,并沒(méi)有明顯的皮膚硬化,但在此過(guò)程中,患者的微血管和內(nèi)臟器官都在緩慢的進(jìn)展,如果沒(méi)有早期診斷和干預(yù),重要臟器就會(huì)發(fā)生不可逆的損傷。皮膚的僵硬程度是診斷硬皮病的關(guān)鍵所在,但目前皮膚硬度的評(píng)估缺乏客觀標(biāo)準(zhǔn),磁共振、B超等大型設(shè)備用于硬皮病的診斷均存在一定的局限性。應(yīng)變傳感是一種基于感受并測(cè)量物體受力變形所產(chǎn)生的應(yīng)變的傳感方式[34]。由于力的相互作用,給皮膚一個(gè)壓力時(shí),不同硬度的皮膚變形和反饋的力也不同,如健康皮膚比病變皮膚更容易變形。由此,復(fù)旦大學(xué)Liu等[35]研發(fā)了一種低成本、便攜、可拉伸、易貼合的皮膚硬度檢測(cè)傳感器,為硬皮病的診斷開(kāi)辟了新的途徑。醫(yī)生將傳感器安裝在患者皮膚上,在外力作用下隨被觸摸的材料一起變形,能發(fā)現(xiàn)患者皮膚某些部位的明顯硬化,用于定量評(píng)估皮膚的硬度和彈性。團(tuán)隊(duì)比較和評(píng)估了健康人和系統(tǒng)性硬皮病患者的皮膚硬度,結(jié)果表明,傳感器輸出較大的系統(tǒng)性硬皮病患者皮膚出現(xiàn)了明顯硬化,與現(xiàn)有商用硬度計(jì)的檢測(cè)結(jié)果一致。皮膚硬度檢測(cè)傳感器為硬皮病患者提供了診斷的客觀指標(biāo),也可以作為治療過(guò)程中內(nèi)臟纖維化改善情況的評(píng)估方式,便于后續(xù)調(diào)整治療及長(zhǎng)期隨訪。

2.2.2紅斑鱗屑性皮膚病 銀屑病是一種常見(jiàn)的紅斑鱗屑性皮膚病,附有銀白色鱗屑的紅色丘疹和斑塊是其典型特征,肥厚的斑塊使得皮損處皮膚彈性和水潤(rùn)度降低,因此比附近的皮膚更為僵硬,Song等[36]利用微型電磁系統(tǒng),結(jié)合振動(dòng)致動(dòng)器與柔性應(yīng)力感應(yīng)器,設(shè)計(jì)出一套簡(jiǎn)單而微型的機(jī)電感應(yīng)器件,能夠?qū)崟r(shí)、精確、快速地對(duì)深層組織的僵硬程度進(jìn)行評(píng)估,可測(cè)量至皮膚下8 mm的深度,其硬連線傳感器的厚度為2.5 mm,接觸面積2 cm2,在有毛發(fā)或無(wú)毛發(fā)的皮膚上均能良好運(yùn)作,該傳感器設(shè)備除了可以準(zhǔn)確定位銀屑病外,還可以識(shí)別皮膚腫瘤及表面?zhèn)诘幕謴?fù)情況。

2.2.3皮膚惡性腫瘤 黑素瘤多見(jiàn)于背部及小腿,呈棕褐色或黑褐色,直徑約1.5～2.5 cm,其轉(zhuǎn)移快,病死率高。麥克馬斯特大學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一款黑素瘤早期檢測(cè)裝置sKan,是一種精確而價(jià)格低廉的溫度傳感器,可以幫助有高危病變或患有黑素瘤的患者自行檢測(cè)病情。溫度是人體和外界環(huán)境交互的重要信息,精確的皮膚溫度可以提供有關(guān)認(rèn)知狀態(tài)、心血管健康、惡性腫瘤和許多其他重要的生理方面的信息,溫度傳感即通過(guò)感受溫度并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出所需的傳感方式。腫瘤細(xì)胞的代謝率高于正常細(xì)胞,因此釋放出更多的熱量,在施加熱沖擊之后,腫瘤組織會(huì)比非腫瘤組織更快重新獲得熱量,而腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)或者不斷分裂時(shí),這一區(qū)域的血流就會(huì)變快,血流量的增加也使得皮膚溫度增加。因此,在使用sKan前先將疑似病變區(qū)域用冰袋冷卻,然后將熱敏電阻溫度傳感器貼在皮膚上,隨著皮膚溫度升高,如果黑素瘤細(xì)胞存在,它會(huì)比周圍的皮膚溫度升高得更快,然后記錄觀察部位在冷卻后恢復(fù)到常溫所需的時(shí)間,通過(guò)綜合分析結(jié)果來(lái)判斷是否存在黑素瘤[37]。

2.2.4皮膚潰瘍 糖尿病足潰瘍由于其愈合緩慢、復(fù)發(fā)率高、有截肢甚至死亡的潛在風(fēng)險(xiǎn),給患者和醫(yī)療系統(tǒng)帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān),治療方法以清理潰瘍面、減輕潰瘍壓力為主,但由于患者的足部感覺(jué)能力減弱,通常有效性較低。Heck等[38]研發(fā)了一種柔軟靈活的無(wú)線壓力傳感器集成智能繃帶系統(tǒng),用于連續(xù)監(jiān)測(cè)足部壓力,并提醒用戶在超過(guò)壓力的情況下進(jìn)行處理。該壓力傳感器有快速響應(yīng)和防水性能,可以通過(guò)藍(lán)牙將數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)上,顯示和監(jiān)測(cè)所測(cè)量的壓力,并可選擇預(yù)設(shè)的壓力閾值,當(dāng)超過(guò)閾值時(shí),將會(huì)立即進(jìn)行通知。壓力性損傷是由于骨性突起受到長(zhǎng)時(shí)間的壓力而導(dǎo)致皮膚或皮下組織的局限性損傷,會(huì)隨著皮膚溫度和水化水平的升高而加重。這些壓力性損傷通常發(fā)生在長(zhǎng)期臥床或使用輪椅的患者。Cho等[39]引入了免電池、無(wú)線、多模態(tài)傳感器和可移動(dòng)系統(tǒng),用于連續(xù)測(cè)量皮膚表面的壓力、溫度和水合作用。該可移動(dòng)系統(tǒng)能夠在整個(gè)身體覆蓋范圍內(nèi)收集數(shù)據(jù),并與安裝在輪椅使用者皮膚墊接口上的多個(gè)無(wú)線設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。該裝置的實(shí)驗(yàn)評(píng)估和數(shù)值模擬以及對(duì)輪椅患者的臨床試驗(yàn),證明了該傳感器系統(tǒng)的可行性和穩(wěn)定性。Kim等[40]開(kāi)發(fā)了一種用于監(jiān)測(cè)褥瘡風(fēng)險(xiǎn)的無(wú)線多功能織物傳感器,主要應(yīng)用于有褥瘡風(fēng)險(xiǎn)患者的監(jiān)測(cè),使患者和護(hù)理人員能夠及時(shí)收到早期褥瘡潰瘍預(yù)警。其中大部分傳感器和互連線都是在織物上制造的,以便在潰瘍區(qū)域釋放氣體和水分時(shí)依然保持充分的透氣性,避免潰瘍惡化。該多功能織物傳感器克服了無(wú)線、連續(xù)、柔軟、無(wú)創(chuàng)和一次性使用等問(wèn)題,成功測(cè)量了施加在皮膚和組織上的溫度、壓力以及阻抗的關(guān)鍵變化,有望快速檢測(cè)褥瘡施壓狀況下的皮膚和組織異常情況。

3 傳感器技術(shù)在皮膚病診斷與監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)

傳感器技術(shù)與皮膚醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的緊密結(jié)合,為新興的預(yù)防和個(gè)性化醫(yī)療服務(wù)的發(fā)展帶來(lái)了更多機(jī)遇,促使醫(yī)療模式逐漸向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和復(fù)合化等方向轉(zhuǎn)變。但總體而言,傳感器在皮膚病診斷與監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用仍然處于起步階段,還面臨著諸多挑戰(zhàn)。首先,現(xiàn)有的傳感器以單功能為主,但皮膚病具有多特征性,很難從單一特點(diǎn)去評(píng)估皮膚病的嚴(yán)重程度和改善情況。同時(shí),皮膚病共病的監(jiān)測(cè)和解決也是難點(diǎn),如銀屑病患者可能同時(shí)患有心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)疾病或代謝紊亂等,皮膚病與共病之間相互影響,加重病情。其次,電力是電子設(shè)備最重要的問(wèn)題之一,雖然柔性儲(chǔ)能器件取得了很大進(jìn)展,但需要頻繁充電或更換,如何研發(fā)出低功耗甚至自供電的多功能傳感器是需要攻克的技術(shù)難題[41]。此外,從生理舒適性角度而言,應(yīng)用于皮膚表面的器件需要提供一個(gè)能夠不影響皮膚透氣透濕的微環(huán)境,但由于材料限制,目前的傳感器設(shè)備通常透水透氣性欠佳,長(zhǎng)期穿戴可能會(huì)影響人體皮膚與外界環(huán)境的交互,汗液的聚集會(huì)對(duì)皮膚造成壓力,引起不適感,甚至?xí)M(jìn)一步產(chǎn)生過(guò)敏、皮炎、代謝紊亂等問(wèn)題。另外,傳感器在獲取數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和對(duì)復(fù)雜疾病的科學(xué)識(shí)別上,仍存在較大的難度,而傳感器作為能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)人體健康數(shù)據(jù)的裝置,其監(jiān)測(cè)獲取的數(shù)據(jù)是用戶的隱秘信息,但由于當(dāng)前行業(yè)缺乏統(tǒng)一安全標(biāo)準(zhǔn),加上用戶在數(shù)據(jù)安全意識(shí)上的缺失,使得用戶數(shù)據(jù)安全難以得到有效保障,這也是亟待解決的問(wèn)題[42]。

綜上所述,傳感器技術(shù)還需要朝向多功能化發(fā)展,使患者在購(gòu)買一種設(shè)備的情況下可以監(jiān)測(cè)多種疾病情況,制定人性化的健康管理方案,同時(shí)需要大力開(kāi)發(fā)對(duì)空氣和水分具有良好通透性和抗菌自潔能力的新材料。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,醫(yī)院、數(shù)據(jù)、設(shè)備三者的共存與互聯(lián),才能完全體現(xiàn)出大數(shù)據(jù)與傳感器技術(shù)相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)。傳感器能靈敏、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)健康數(shù)據(jù),但這些數(shù)據(jù)需要對(duì)接到醫(yī)療信息系統(tǒng)中進(jìn)行深層解讀,進(jìn)而得到更加有效、專業(yè)的分析。因此,傳感器技術(shù)還需要進(jìn)一步解決數(shù)據(jù)采集、處理、傳送和計(jì)算機(jī)分析等問(wèn)題。在未來(lái),研發(fā)自供電、多功能、全柔性化、微型化、集成化和智能化的傳感器是必然的發(fā)展趨勢(shì)。