可穿戴位移传感器-诊断前交叉韧带（ACL）损伤

研究背景

前十字韧带(ACL)是人体中最常受伤的韧带，是膝关节的重要稳定器，可以防止胫骨前移和外旋过度。及时和准确地诊断前交叉韧带损伤对预防关节不稳定和不可逆的损伤至关重要。新兴的可穿戴电子技术可以帮助改善传统的诊断方法，并通过赋予医疗设备及时远程和便携的功能而使其发生变革。可穿戴设备能够附着在人体皮肤或器官上，并实时记录物理体征，具有高精度。其中，基于摩擦纳米发电机 (TENG)的可穿戴传感系统在从体外到体内的健康监测和医疗诊断方面表现出巨大的意义。

研究成果

前交叉韧带(ACL)撕裂是一种常见的肌肉骨骼损伤，发病率很高。传统的诊断方法是采用磁反应成像(MR)、物理测试或其他临床检查，这依赖于复杂和昂贵的医疗仪器，或个人的经验。在此，中科院北京纳米能源与系统研究所唐伟/中南大学李宇晟/深圳大学孟博团队提出了一个基于光栅结构的摩擦静电拉伸传感器的可穿戴式位移传感系统来诊断前交叉韧带损伤。该拉伸传感器表现出高分辨率(0.2 mm)和出色的稳健性(超过1000000个连续操作周期)。该系统在临床试验中被用于诊断十字韧带损伤。它在拉赫曼测试中测量患肢和健康腿之间的位移差异。当这种差异大于3 mm时，前交叉韧带被认为有受伤或撕裂的风险。与关节镜检查的金标准相比，这个可穿戴式诊断系统的一致性达到了约85.7%，高于体积较大的 Kneelax3 关节测量仪 (78.6%)。这表明，该可穿戴系统具有补充和改进现有关节测量仪的可行性，可以方便地诊断前交叉韧带损伤。它可能为可穿戴医疗迈出了可喜的一步。相关研究以“High-Precision Wearable Displacement Sensing System for Clinical Diagnosis of Anterior Cruciate Ligament Tears”为题发表在ACS Nano期刊上。

图文导读

Figure 1. Schematic illustration of the WDS system for ACL diagnosis.

Figure 2. Characterization on the output performance and durability of the triboelectric stretch sensor.

Figure 3. Analysis of the feasibility test on healthy people through the WDS system.

Figure 4. Clinical diagnosis of suspected patients with ACL-tear through the WDS system.

总结与展望

综上所述，作者开发了一个基于摩擦静电拉伸传感器的可穿戴位移传感系统。该WDS 系统在诊断前交叉韧带撕裂方面的应用得到了成功证明。它被设计成一个格子结构的独立TENG。其位移分辨率达到 0.2 mm。在超过100 万个连续工作周期后，可以获得稳定的输出。通过该WDS 系统对健康志愿者进行了 Lachman 测试，这表明该WDS 系统在ACL诊断上具有良好的可行性。对14 例9 名疑似和5名术后患者的临床测试进行了研究。与关节镜检查结果相比，WDS 系统获得了约 85.7%的一致性，高于普通膝关节韧带关节镜(Kneelax3)的数值。结果表明，这个WDS 系统具有作为现有关节测量仪的补充的可行性以促进对前交叉韧带撕裂的诊断。它丰富了可穿戴电子设备在个人健康护理方面的应用。

文献链接

High-Precision Wearable Displacement Sensing System for Clinical Diagnosis of Anterior Cruciate Ligament Tears

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c11996

转自：“i学术i科研”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！