新型人工智能光纤传感器设备可以帮助监测脑损伤
伦敦帝国理工学院开发的一种新型人工智能光纤传感器设备可以同时测量创伤性脑损伤的关键生物标志物
“有希望的”结果来自动物实验大脑组织表明，它可以帮助临床医生更好地监测两者疾病进展患者对治疗的反应比目前可能的要高，这表明未来在人类身上进行诊断试验的潜力很大。
头部遭受严重打击的人，例如在道路交通事故中，可能会遭受痛苦创伤性脑损伤(TBI)是世界范围内导致死亡和残疾的主要原因，可导致记忆力、注意力和解决问题的长期困难。
治疗期间需要持续监测tbi。因此，颅内探头用于神经危重症护理环境，以监测损伤进展的关键指标，称为生物标志物，如大脑中的压力和氧气。
有些探测器只能测量一个生物标志物一次。另一些可以监测多种生物标志物，但需要在大脑中插入几根管子，这可能会导致进一步的组织损伤或感染。
帝国理工大学的研究人员现在开发了一种患者监测系统，用于监测创伤性脑损伤后的多种生物标志物。该设备结合了同时监测四种生物标志物的能力和机器学习算法，该算法使用以前的数据，根据获得的数据实时预测生物标志物浓度。如果该设备经过优化并被证明可用于人类，则可以帮助医院更有效地监测TBI。
帝国理工学院化学工程系的第一作者胡玉兵博士说:“这是一个很有希望的突破。我们有希望的结果表明，精确的生物标志物监测和精确的损伤进展预测，经过进一步的发展，可以帮助临床医生监测患者的大脑健康和对治疗的反应。”
这项研究发表在事．
测试设备
该装置包括柔性硅基光纤它被插入脑组织来监测脑脊液(CSF)，脑脊液是包围大脑和脊髓的液体。连接到纤维尖端的是四个传感膜，它们同时连续地测量脑脊液中每种生物标志物的水平:pH值、温度、溶解氧和葡萄糖。薄膜上覆盖着黑色的护套，以减少背景噪声，提高数据精度。
为了测试该设备，研究人员在不同状态下持续监测羊大脑中这些生物标志物的水平。没有遭受创伤性脑损伤的羊脑是健康的，它被悬浮在人工脑脊液中，研究人员可以随意调整，以模拟轻度和重度创伤性脑损伤的脑化学物质。
首先，他们测量了健康脑脊液中的生物标志物，然后测量了轻度和重度TBI状态下的生物标志物。为了模拟创伤性脑损伤患者在药物治疗后病情好转的情景，他们在轻度创伤性脑损伤状态下再次测量。
第一作者，化学工程系的博士候选人Yuqian Zhang说，他们的“设备收集了广泛的医疗数据，这些数据目前只能通过许多不同的传感器实现。光纤传感器设备与人工智能(AI)集成，以减少交叉信号。”
共同作者四川大学的南江博士说:“该设备在持续测量健康、轻度TBI和重度TBI疾病状态下的每个生物标志物方面表现出很高的准确性。”
动态监测
它的高性能包括高灵敏度(检测微量生物标志物的能力)，选择性(区分生物标志物的能力)，稳定性(以最小的信号漂移提供长期监测的能力)，生物相容性(传感器在长期植入过程中与脑组织安全相互作用的能力)，以及鲁棒性。
机器学习模型能够使用以前测量数据库中的读数实时准确地预测生物标志物浓度。它还能够识别研究人员模拟的TBI不同阶段之间的过渡。
领导化学工程系研究团队的Ali Yetisen博士说，他们的“研究表明，该设备能够动态监测多种生物标志物，以评估大脑中的代谢变化。它持续反映损伤的状态，这可以帮助神经外科医生精确地跟踪疾病进程，以做出基于证据的临床决策和治疗。”
研究人员继续开发传感器，使用光学束来扩大可测试生物标志物的范围，如炎症剂和神经递质。他们还在开发一种更复杂的机器学习系统，以充分利用数据和预测机制。他们还指出，需要使用活体动物进行更多的测试，以评估整个身体对探针的反应，并测试光纤传感器在实际应用中的能力。
进一步探索
