心血管疾病是目前严重威胁人类生命安全的几大疾病之一，具有高致死致残率。《中国心血管健康与疾病报告2021》推算心血管病患病人数3.3亿，其中脑卒中1300万，冠心病1139万，心衰890万，肺源性心脏病500万，房颤487万，风湿性心脏病250万，先天性心脏病200万，下肢动脉疾病4530万，高血压2.45亿。而有效和及时的血流动力学监测可以降低死亡率、患病成本和患病风险，以挽救患者生命和提高患者生活质量。此外，监测血液动力学的设备还可以指导心血管疾病患者的围手术期管理。
目前市场上应用于这一目的的产品主要有两类，一类是在床旁使用的产品，将传感器通过导管插入动脉，通过有线连接到床旁的显示器，可用于监测血压，血流速度，温度等。另一类是基于射频电感/电容（LC）谐振电路的植入式PA监测器，但只能测量压力。对于不需要长期卧床的患者来说，这些设备或者是使用不便，或者是功能不全，不能满足实际监测的需要。研发一种便携且功能齐全的血流监测设备成为了众多科研人员的研究方向。
近日，来自韩国科学技术院的Kyeongha Kwon教授和他的团队研发了一种使用BLE技术的无电池血流动力学监测系统，有望满足心血管疾病患者长期监测血流状况的需要。患者可通过移动设备对血流数据进行实时监控，不需要卧床或者专门人员陪同。
图 血流动力学监测系统结构图示
血流动力学监测系统主要由植入设备和可穿戴设备两部分组成。
植入设备由两个模块构成，如图1c左侧所示。一部分是处于血管部的传感模块，另一部分是位于皮下脂肪和真皮层之间的无线电子模块。两个模块之间通过一根外部绝缘的柔性铜线相连接。
传感模块由硅纳米膜制成，尺寸仅为3.0 mm × 8.0 mm × 2.3 mm，这是为了方便植入和与其他植入设备相结合。模块上设置了测量血流量的传感器（图2b），测量压力的传感器（图2d）和测量温度的传感器（图2f），用于采集数据。
图 传感模块结构图
无线电子模块主要用于实现两项功能。一是为整个内部系统供电。由于电池供电的植入物寿命有限，需要通过手术来更换或给电池充电，且具有一定的风险性。因此研究团队放弃了电池供电的设计，使用WRT系统来为整个内部系统无线供电。（图3d中的RX线圈）。二是实现数据传输。体内部分传感器的电阻数据由AFE电路进行处理（图3d中的AFE电路），然后通过BLE无线传输到外部的显示设备。（图3d中的BLE SoC）。另外由于两模块之间通过柔性导线相连，因此只需要传感器进入到血管部分，无限电子模块可以位于体表浅层部分。
图 无线电子模块示意图
可穿戴设备包含两个子系统，一个是定制的用户界面，用于接收植入系统传出的信号。用户可以通过任何支持BLE通讯的移动设备（如手机或平板电脑）来实时监控自己的信息。另一部分是外部WPT系统，包括电池、充电电路和发射线圈（图1c中的TX线圈）。用于给植入系统供电。用户可将外部WPT系统放在衬衫或内衣的口袋里，保持内外线圈对齐，便于供电。
系统的整体运作原理为，WPT系统为植入设备进行供电，系统启动。传感器采集血管内血流数据，传输会无线电子模块，模块将数据处理后经过蓝牙传输发送至移动设备，然后系统进入睡眠状态，直到下一个监测周期。
此前也有许多研究团队对可植入无线血流动力学监测设备进行过研究。本研究的优化之处在于，使用了BLE通信取代了传统的NFC通信，因为BLE有更远的工作距离。BLE芯片功耗更低，本研究中的系统，在不运行时整体处于睡眠状态，仅在监测时开启。并且可以通过系统设定来调控采样周期。根据测试，这种动态模式可降低80%以上的能耗。
研究团队将设备在人工心脏系统和猪体内进行了实验，并进行了将传感器附在血管支架上一同进入动物体内的测试，实验得出与临床血流动力学监测设备高度一致的数据。在未来的研究中，研究团队会在稳定性和生物相容性方面进行深入研究，如控制表面特性的工程方法，如表面电荷、几何形状和润湿性，可以进一步提高长期生物相容性，以克服血液凝固问题。具有功率效率和面积效率的WPT方法可以使设备植入体内深处而不受内部功率衰减的限制。
