一种用于术中颅内监测的柔性混合电子系统

本发明涉及生物医用器械，具体涉及一种用于术中颅内监测的柔性混合电子系统。

背景技术：

1、颅脑作为人体高级中枢系统，是人体最重要的器官之一，其组成结构非常复杂，包含多个人体功能区。根据国际癌症研究机构数据显示，2020年中枢神经系统脑部癌症新增病例数量为308102例，因脑部肿瘤死亡人数为25139例。神经外科开颅手术是治疗脑部肿瘤疾病和脑部创伤的重要手段，也是常规治疗手段无效的必要干预方法。由于颅脑结构复杂，包括大量中枢神经、动静脉血管、语言行动功能区等，且脑部组织比较脆弱，因此，开颅手术是临床上难度程度和复杂程度最高的手术之一。

2、开颅手术主要通过专业医生和医疗器械来打开患者的脑颅骨，然后切除脑颅的病变组织，从而达到治疗的目的。开颅手术可分为骨窗开颅、骨瓣开颅，可治疗颅脑方面的疾病，开颅手术属于神经外科的一种常见治疗手段。不同的疾病做开颅手术，其成功率是不一样的。有数据显示，脑部肿瘤切除的开颅手术成功率大概在90％以上，脑血管疾病开颅手术的成功率基本在90％～95％，对功能系统疾病开颅手术成功率可能会较低。其中导致颅内手术阶段手术失败的最常见原因之一是牵拉脑组织引起的脑挫裂伤和脑出血。开颅手术为了给操作者提供足够的视野，需要对颅内脑组织进行牵拉，如果手术过程中牵拉脑组织方法不当或者牵拉时间不当导致脑组织出血，就可能造成脑挫裂伤和脑出血，严重者可能会出现丘脑下部功能紊乱等并发症。由于脑组织结构非常脆弱，在开颅手术中应尽量保护脑组织，因此在进行必要的牵拉时，应当在牵拉部位垫上脑棉片。

3、现有的脑棉片采用医用脱脂棉或水刺非织造布为主体。它作为薄而柔软的垫层，在医生进行手术操作时，缓冲了手术器械对颅内周围组织的压力，可以保护术区的神经组织，最大程度地减少术后出血、脑挫裂伤和其他并发症的风险。若手术器械直接与脑组织接触，脑牵开器、脑电极的传统的手术器械材料与脑组织之间有极大的力学差异，容易造成脑组织的损伤，一旦操作不当，术后并发症和致死致残的风险大大提高。

4、由于神经外科开颅手术的难度和复杂性，医生需要在手术过程中时刻明确正在进行的手术步骤不会造成患者神经的损伤，明确患者的体征状态是否良好和确保一些重要的脑参数的正确性以防发生术后并发症等，除了采用显微观察外，术中电生监测(ionm)可以感知视觉上无法察觉到的信息，从而反应人体的各项生理指标，因此在手术过程中对颅内的生理参数包括脑组织氧饱和度、脑电信号、温度以及手术器械对周围组织的压力的数据监测和及时的数据反馈是十分必要的。而传统的脑棉片通常不具备透明度、物监测反馈的功能，而开颅的空间有限，因此，很难做到在脑保护的同时进行术中生理监测，这使得电生理监测很难连续进行。通常情况下，术者在脑保护期间操作，每隔一段时间进行一次电生理监测，这种情况很难保证在长达几个小时的手术中全程获得患者脑部状态。

5、脑组织氧饱和度通常可以反映脑供氧和需氧之间的平衡。脑组织新陈代谢率较高，对缺氧环境比较敏感，短暂缺氧即可造成不可逆的中枢神经系统损伤。脑氧饱和度主要用于监测患者脑氧平衡，术中监测脑氧饱和度有助于及时发现患者脑部缺氧、缺血情况。在重要的神经外科手术、大血管手术、急危重症患者抢救、心脏骤停后的心脑肺复苏治疗中，对于脑的保护均非常重要。手术期间麻醉容易破坏其脑氧平衡，增加术后脑神经功能障碍发生率。脑电监测主要是监测患者脑电波是否存在，颅内脑电图没有头皮和颅骨的干扰，可以置入脑深部，使医生获得更丰富的脑电信息。

6、近年来，柔性电子技术在脑生理监测中的应用越来越广泛，可用于神经外科术中记录、术后康复监测和对神经进行刺激的工作。相比于传统的硅基电子，柔性电子以其良好的延展性、可拉伸性以及生物相容性等优势，部分解决了上述连续监测问题。它能够与脑组织共形接触，有效减小了对脑组织的破坏。神经外科手术对于脑组织的破坏主要源于手术器械的牵拉、移位和弯曲等，而这些作用力均转换为了对脑组织的压力，因此开发可以测量脑压力的装置十分必要。

技术实现思路

1、为解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种用于术中颅内脑电监测的柔性混合电子系统，该柔性混合电子系统既可以替代传统的脑棉片，起到牵引脑组织，暴露病灶区域的作用，又可以全程监测脑组织状态，保护术中安全。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、本发明提供了一种用于术中颅内监测的柔性混合电子系统，包括柔性前端信号采集模块、后端信号处理模块和上位机系统；

4、所述柔性前端信号采集模块包括由顶层封装层、中间封装层和底层基底层自上至下设置形成的柔性框架主体、设置在中间封装层与顶层封装层之间的脑电层、设置在底层基底层上表面的柔性传感器阵列、集成在顶层封装层上方的温控水凝胶界面层和集成在底层基底层下方的电热膜；所述脑电层包括顶层基底层和设置在顶层基底层上的上的脑电电极阵列和内电路，所述脑电电极阵列穿过柔性框架主体并与所述温控水凝胶界面层连接；所述柔性传感器阵列通过中间封装层与所述脑电层连接，所述柔性传感器阵列用于检测压力、温度和脑组织氧饱和度信号；电热膜通过温度调控所述温控水凝胶界面层的粘附性，实现所述温控水凝胶界面层与脑组织的粘附和剥离。

5、所述后端信号处理模块与所述柔性前端信号采集模块电连接以接收压力信号、温度信号、脑电信号及脑组织氧饱和度信号，并将其分析处理后通过无线或有线传输方式传输至上位机系统。

6、按上述方案，所述柔性传感器阵列包括压力传感器阵列、温度传感器阵列和脑组织氧传感器，其分别与后端信号处理模块电性连接。

7、按上述方案，所述压力传感器阵列中的多个压力传感器均为柔性压力传感器。

8、按上述方案，所述后端信号处理模块包括采集电路、核心处理模块、多路复用开关、柔性电池、电源管理芯片和无线发射模块，所述柔性电池通过所述电源管理芯片实现对无线柔性混合电子系统的供电，所述采集电路分别与所述柔性传感器阵列和脑电电极阵列电连接，用于接收压力信号、温度信号、脑电信号及脑组织氧饱和度信号并通过所述多路复用开关传输至核心处理模块，所述核心处理模块用于对所述采集电路传输的信号进行处理并发送至上位机系统。

9、按上述方案，所述采集电路包括运算放大器、脑电采集前端和脑氧采集前端，所述运算放大器与所述压力传感器阵列和温度传感器阵列电连接，所述脑电采集前端与脑电电极电连接，所述脑氧采集前端与所述脑组织氧传感器电连接。

10、按上述方案，所述核心处理模块将处理后的信号通过无线发射模块或通过串口传输至上位机系统。

11、按上述方案，所述柔性前端信号采集模块中顶层封装层、中间封装层和底层基底层、顶层基底层的材料均为聚二甲基硅氧烷，所述脑电电极阵列、内电路、以及连接无线柔性混合电子系统各部件的导线均为柔性复合导电材料制备。

12、按上述方案，所述温控水凝胶界面层包括多个与所述脑电电极阵列中的脑电电极一一对应的温控水凝胶片，多个温控水凝胶片分别覆盖在对应的所述脑电电极上，所述温控水凝胶片以聚(乙二醇)二丙烯酸酯为引发剂、以聚(3，4-乙烯二氧噻吩)和聚(苯乙烯磺酸)为共混组分通过光引发聚合而成。

13、按上述方案，所述电热膜中设有热致发器，所述热致发器的制热位点与温控水凝胶片的位置一一对应。

14、按上述方案，所述柔性前端信号采集模块和后端信号处理模块通过fpc连接。

15、所述上位机系统中设有警报模块，上位机系统中接收的压力数据高于预设的正常压力时，所述报警模块启动报警。

16、本发明的有益效果是：本发明的柔性混合电子系统既可以替代传统的脑棉片，起到牵引脑组织，暴露病灶区域的作用，又可以全程监测脑组织中脑电、压力、温度和脑组织氧饱和度数据，并在必要时提供警报作用，有助于提高开率手术的成功率。