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使用软传感设备根据组织硬度检测皮肤病

通过在皮肤上放置一块柔软的应变感应片,可以很快以非侵入性方式实时检测皮肤疾病。由香港城市大学 (CityU) 的一位科学家共同领导的研究小组设计了一种简单的机电设备,可用于以自动化和非侵入性方式进行深部组织病理学诊断,例如银屑病。这些发现将为未来在皮肤癌和/或皮肤病的临床评估中的应用奠定基础。

该研究由城大生物医学工程系助理教授于新阁博士和美国西北大学的科学家共同领导。他们的研究结果发表在科学期刊《自然生物医学工程》上,题为“用于表征深层组织生物力学的微型机电设备”。

能够精确、快速测量人体软组织硬度的机电系统可为监测、诊断和治疗各种病理,尤其是皮肤病理提供有用的临床信息。然而,现有的诊断评估,例如磁共振弹性成像,通常涉及医院和训练有素的从业人员的巨大仪器。最新的基于传感的组织刚度测量技术只能测量上层皮肤的表层深度,最高可达微米级。

用于实时评估深部组织刚度的新设备

为了解决这个问题,研究团队设计了一种简单的微型机电设备,用于对深层组织刚度进行高精度、实时评估。该团队使用集成了振动致动器和软应变传感片的微型电磁系统实时监测约 1 至 8 毫米深度的皮肤和其他软生物组织的杨氏模量,即拉伸刚度,取决于传感器设计。

该团队使用一系列合成和生物材料(例如水凝胶、猪皮和人体皮肤的各个部位)评估了该设备的性能。“病变表现出比附近皮肤更高的硬度,主要是由于皮肤弹性和水合作用的差异。这些简单的测量在快速识别和靶向皮肤病变方面具有潜在的临床意义,其能力与最近报道的机械传感方法相辅相成。组织表面的特性(通常为微米级),”于博士解释说。他指出,癌组织通常比正常组织更硬或更软,这种差异可用作一系列皮肤状况的诊断生物标志物,如皮肤癌或皮下肿瘤。

机电装置的简单结构

机电装置的厚度仅约2.5毫米,接触面积约2平方厘米。它在皮肤的有毛和无毛区域都运行良好。其工作机制改编自于博士和西北大学合作者之前开发的用于虚拟/增强现实的皮肤集成触觉界面的基础。

该设备的工作原理如下:通过铜线圈施加交流电后,磁铁振动并在传感器的底面上产生压力。这将导致延伸到组织毫米级深度的变形,从而导致电阻的周期性变化。通过同时测量电压来分析这些响应,可以定量确定组织的刚度。每次测量都可以在一分钟内完成。

然后,该团队使用他们新发明的机电设备对皮肤病患者进行了临床研究。结果表明准确定位与银屑病相关的病变的潜力,显示了该设备的实际医疗效用。于博士说:“产生的数据可以帮助诊断,治疗追踪和疾病监测,尤其是针对皮肤相关疾病(如皮肤癌)以及美学皮肤病学和从表面伤口的恢复方面。”

Yu 博士还指出,他们的设备有可能用于评估各种条件下的皮肤物理特性,例如老化、水分流失或相关的皮肤病。“在不久的将来,我们相信这项技术将使人们能够通过简单的可穿戴设备随时监测自己的皮肤健康状况,”于博士说。

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