新型机电设备可以帮助非侵入性检测皮肤疾病

通过在皮肤上放置一块柔软的应变感应片,可能很快就能无创实时检测皮肤疾病。由香港城市大学(CityU)的一名科学家共同领导的一个研究团队设计了一种简单的机电设备,可用于深层组织病理诊断,如牛皮癣,以自动化和非侵入性的方式。

该调查结果将为未来应用在皮肤癌症和皮肤病学疾病的临床评估中奠定基础。

这项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杂志上自然生物医学工程,标题为“用于表征深组织的生物力学的小型机电装置”。

机电系统能够精确、快速地测量人体软组织的硬度,可以为监测、诊断和治疗各种病理,特别是皮肤的病理提供有用的临床信息。

然而,现有的诊断评估(例如磁共振弹性显影)通常涉及医院和训练有素的从业者的巨大乐器。基于感测的最新组织刚度测量技术只能测量上层皮肤的浅表深度,高达微米鳞片。

实时评估深层组织刚度的新装置

为了解决这一问题,研究团队设计了一种简单的微型机电设备,用于高精度、实时评估深层组织刚度。

该团队使用微型电磁系统,该系统集成了振动致动器和软应变感测纸,以实时监测杨氏模量,即皮肤和其他软生物组织的抗拉刚度,深度约为1至8毫米,根据传感器设计。

该团队评估了该设备的性能,具有一系列合成和生物材料,如水凝胶,猪皮和人体皮肤的各种部分。“病变表现出比附近皮肤更高的刚度,主要是由于皮肤弹性和水合的差异。

这些简单的测量方法在快速识别和定位皮肤损伤方面具有潜在的临床意义,具有补充最近报道的检测组织表面力学特性(通常是微米级)的能力,”余博士解释说。

他指出,癌症组织通常比正常组织更硬或更软,这种差异可以用作一系列皮肤疾病的诊断生物标志物,比如皮肤癌或皮下肿瘤。

一种结构简单的机电装置

该机电装置的厚度仅为2.5 mm左右,接触面积约为2 cm²。它对有毛和无毛的皮肤都很有效。它的工作机制基于于博士和西北大学的合作者之前开发的虚拟/增强现实皮肤集成触觉界面。

该装置的工作原理是这样的:在通过铜线圈施加交流电后,磁铁振动并在传感器的底部表面产生压力。

这将导致延伸到毫米级组织深度的变形,从而导致电阻的周期性变化。通过同时测量电压对这些响应进行分析,可以定量测定组织的刚度。每次测量都可以在一分钟内完成。

该团队随后用他们新发明的机电设备对皮肤病患者进行了临床研究。研究结果表明,该设备具有准确定位银屑病相关病变的潜力,显示了实际的医疗用途。

余博士说:“这些数据可以帮助诊断、治疗跟踪和疾病监测,特别是对皮肤相关疾病,如皮肤癌,以及美容皮肤科和表面伤口的恢复方面。”

余博士还指出,其装置具有在各种条件下用于评估皮肤物理性质,例如老化,水合损失或相关的皮肤病。

在不久的将来,我们相信这项技术可以让人们随时通过一个简单的可穿戴设备监测自己的皮肤健康状况。”

余新阁博士,香港城市大学生物医学工程系助理教授

来源:
期刊引用:

宋,E.,.(2021)用于表征深层组织生物力学的微型机电设备。自然生物医学工程doi.org/10.1038/s41551 - 021 - 00723 - y

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