CN105232229A - 一种可实时监测创面愈合的智能无线传感敷料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实时监测创面愈合的智能无线传感敷料，包括创面敷料以及嵌入创面敷料中的用于监测创面温度、湿度、pH值、含氧量、NO浓度以及微生物的监测装置；监测装置包括安装于柔性电路板或普通电路板上的CPU控制模块，以及均与CPU控制模块相交互的输入模块、输出模块、蓝牙模块、传感器模块、存储模块以及电源模块；电源模块同时与输入模块、输出模块、蓝牙模块、存储模块以及各种传感器模块电连接；本发明可以在无需更换敷料的条件下提供创面信息，根据患者的愈合情况合理换药，实现个性化医疗，从而减少不必要的浪费，减轻患者痛苦，加快创面愈合，缩短患者住院时间以及降低住院费用。

Description

一种可实时监测创面愈合的智能无线传感敷料

【技术领域】

本发明涉及一种可实时监测创面愈合的智能无线传感敷料，包括传感器监测技术、无线传输技术、可穿戴技术、云储存技术等，应用于医疗领域。

【背景技术】

创面愈合是一个复杂的过程，在整个愈合过程中会受到很多因素的影响。全身因素包括年龄、营养状况、血液循环系统功能状态、感染、糖尿病、肥胖等，这些全身因素的影响最终的表现形式是创面的局部因素，如创面温度、湿度、pH、细菌感染等。当这些局部因素的参数处于一个恰当的范围时，创面就会愈合良好。其中尤为复杂的是慢性创面的愈合过程，慢性创面的病因机制复杂，通过复杂的联系使创面细胞受损、生长因子活力下降、细胞外基质降解增加等都会干扰正常的创面愈合程序，甚至导致创面迁延不愈。慢性创面常见于各临床科室，其病因复杂、病程长久迁延，已经成为21世纪的一个重大难题，它不仅对患者本人的生活质量有显著的负面影响，其巨额的换药费用还造成了社会的医疗负担，同时感染可导致创面更加难愈合，难愈合性创面又可并发感染。到目前为止，我们判断创面是否愈合的方法就是拿掉敷料直接观察。如果此时创面还未愈合，就很有可能会使创面受到感染，最终留下不可抹掉的疤痕。这种方式不但给患者造成痛苦，而且干扰了创面的正常愈合，减慢了愈合速度。

传感器作为一种监测装置，能感受被测量的信息并将其转换成电信号。其在医疗系统中有着广泛的应用，已成为促进医学发展的关键因素之一。在临床工作中，传感器一般被用来监测生理参数是否正常，以及连续监护某些生理参数是否处于正常范围，如指夹式光电容积血流脉搏波传感器可以监测血氧饱和度是否处于正常范围。在实验室工作中，传感器可以完成某些标志物的监测，Domnanich等设计的免疫传感器可以监测出黑色素瘤的肿瘤标志物，实现了癌症的早期诊断。

2015年PetarKassal提出了可以监测创面尿酸含量来判断创面状态的智能绷带，但该智能绷带只能监测尿酸一种指标，不能监测创面其他参数，如温度、湿度、pH值、含氧量等。

温度可以作为创面是否发生感染，以及创面血流量的指标。温度升高往往表示创面发生了感染。Lock等证实保持创面局部温度恒定或接近在正常的37℃时，细胞的有丝分裂速度增加108％。创面愈合与密闭湿润环境的关系倍受医学界学者们的关注。传统的观点认为保持创面干燥可以预防创面感染。然而，1962年Winter博士在动物(猪)实验中证实了创面在湿性环境下愈合速度要比干性环境快一倍。湿性环境不仅有利于保持细胞活力，促进细胞再生，还可以使免疫细胞，特别是白细胞功能增强，并加快表皮细胞迁移速度。氧气在愈合过程中起到关键性作用，创面局部血运障碍或缺血是阻碍创面愈合的重要原因，通畅的血液循环能保证将创面修复所必需的氧和营养物质运输到创面。Sheffield研究发现，对比正常愈合创面，难愈创面区域组织氧分压的变化范围为5-15mmHg，而正常愈合创面为30-50mmHg；Shah发现创面组织经皮氧分压<40mmHg，创面修复细胞呈衰老状态，创面愈合序贯过程被阻断。慢性创面的治疗一直是个医学难题，特别是血供不良的慢性创面治疗更为困难。可见如何改善慢性创面组织局部氧供和氧利用，是治疗慢性创面的关键因素。局部氧治疗(Topicaloxygentherapy，TOT)创面始于20世纪60年代，局部氧治疗的主要优势在于独立改善创面的微环境，仅对创面局部进行干预，直接将氧气作用于创面床，能避免发生氧作用于全身产生的不良反应。聂开瑜等证实这种治疗可显著改善组织低氧状态，通过局部氧疗可增加创面氧含量，纠正创面中心处细胞的低氧压，促进肉芽生长、促进创面胶原合成、促进血管新生。同时，一定浓度的氧气可产生广谱抗菌作用，可以抑制革兰阴性和革兰阳性细菌生长。氧的抑菌作用可通过NADPH氧化酶产生活性氧自由基，从而非特异性抑制或灭活一些细菌酶，使细菌代谢发生障碍，抑制细菌微生物生长。据文献报道创面愈合所需适宜局部组织氧分压为50-100mmHg，局部氧分压高于90mmHg时能基本抑制大多数病原菌生长；但体外细胞培养实验显示当氧张力高于137mmHg时，则可抑制组织成纤维细胞增殖。近年来人们发现，除封闭创面外，再辅以持续或间断负压吸引，可明显改善局部血供，有利于创面愈合。负压封闭引流技术(Vacuumsealingdrainage，VSD)是一种设计思维独特、对传统外科引流做出了重大改进的新型技术，是治疗急、慢性创面的有效方法，该系统将医用泡沫材料作为创面引流区与引流管之间的中介物，及时引流出创面渗液、脓性积液、异常积聚的血性渗液和坏死组织等有害物质；利用具有生物阀的半通透性粘贴膜封闭创面，使之与外界隔绝，构成人为的"真空"引流系统。文献报道VSD通过高效引流为创面提供相对清洁、微湿环境；持续机械牵张微循环动静脉，扩张血管，刺激毛细血管新生，改善局部微循环；诱导创面组织细胞外基质形成，促进肉芽组织生长。持续负压是负压封闭引流技术的特点，负压的高低和有无中断之影响引流效果。负压过小不能保证创面坏死组织渗出物及有害物质的充分引出；负压值过高又会使大量组织液、淋巴液被吸出，同时产生类似机械性压力，影响局部血液循环，甚至血管栓塞，且易引发周围神经末梢坏死产生严重疼痛等并发症。欧美创伤治疗学会创面负压治疗指南中提出：负压值设定在-125-450mmHg之间符合创面修复的生理需求，最有利于组织细胞有丝分裂和蛋白合成。MorykWa等对急性创面应用负压治疗发现负压值设定为-125mmHg时创面组织血流达到最佳，也最有利于肉芽组织形成，创面渗液清除量达到最大。如果在负压的基础上加上对创面的局部供氧，创面的生长会更加迅速，已有文章表示创面负压联合局部给氧能显著促进兔耳缺血创面的愈合。创面pH值是愈合过程中的一个影响因素，可以影响创面愈合的很多方面。创面局部微环境中不同PH值的抑菌效果不完全相同，PH值在酸性环境下(PH＝5)时，抑菌的效果最好，随着PH值的增加，其抑制细菌生长的作用减弱，PH＝7时，最适细菌生长，碱性环境对细菌生长有抑制作用，但与酸性环境相比(PH＝5)，抑制细菌生长的能力较弱，差异性显著(P<0.05)。所以创面局部微酸性环境可以有效的预防创面局部感染，促进创面的愈合。碱性成纤维细胞生长因子对血管内皮细胞和成纤维细胞等多种细胞具有促进分裂、增值等作用。现在已经证实碱性成纤维细胞对烧伤创面愈合具有促进作用。所以，陈旭林等认为适度的碱性环境有利于碱性成纤维细胞促进烧伤创面愈合，所以可以通过监测烧伤创面的pH值，使之保持处于弱碱性环境，积极发挥碱性成纤维细胞的生物学功能，从而促进创面的愈合。Sayegh等观察到，在一定范国内，随着创面pH值的增加，植皮成活率也增加，随后柴家科等通过实验结果亦证实，除去其他因素，当创面的pH值在7.0-7.7之间，植皮成活率可达90％以上，可以对预测手术植皮成活率提供了一项客观指标。研究认为，NO可促进创伤愈合过程中血管的生成及成纤维细胞、内皮细胞等的增殖和分化，调节基质的沉积和重塑，从而广泛参与创伤的愈合过程。NO作为一种关键的在自分泌与旁分泌因子在维持正常皮肤组织内环境稳态中发挥着重要作用。它能促进创面愈合的过程，如；新生血管形成，成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞、及角朊细胞的迁移、增殖。在早期创面皮下组织液中，硝酸盐和亚硝酸盐产物增加，NO代谢增强，同时，在新鲜手术创面形成后，尿中亚硝酸盐产物排出持续性增加。另外，硝酸盐和亚硝酸盐产物增加与创面胶原沉着及皮肤成纤维细胞增加直接相关，提示NO在创面胶原形成及创面组织机械强度增强的过程中起着关键的作用。

智能无线传感敷料是将监测创面温度、湿度、pH值、含氧量、NO浓度、微生物及创面所处环境压力的监测装置嵌入敷料中，实时监测患者创面信息，并通过后台服务平台实现各种创面数据信息的长期保存，分享以及监测监控。可以无需更换敷料的条件下提供创面信息，根据患者的愈合情况合理换药，实现个性化医疗，从而减少不必要的浪费，减轻患者痛苦，加快创面愈合，缩短患者住院时间以及降低住院费用。

【发明内容】

本发明的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种可实时监测创面愈合的智能无线传感敷料。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种可实时监测创面愈合的智能无线传感敷料，包括创面敷料，嵌入创面敷料中的用于监测创面温度、湿度、pH值、NO浓度、含氧量以及微生物的监测装置和后台服务平台分析系统，创面敷料用于覆盖患者创面；

监测装置包括安装于电路板上的CPU控制模块，以及均与CPU控制模块相交互的输入模块、输出模块、蓝牙模块、传感器模块、存储模块以及电源模块；电源模块同时与输入模块、输出模块、蓝牙模块、传感器模块以及存储模块电连接；

后台服务平台分析系统包括智能平台模块以及云端模块；

CPU控制模块用于接收传感器模块所采集的创面信息，以及协调存储模块、蓝牙模块、输出模块以及电源模块进行工作；

存储模块用于存储CPU控制模块所接收到的传感器模块所采集的创面信息；

传感器模块包括温度传感器模块、湿度传感器模块、微生物传感器模块、压力传感器模块、氧传感器模块、NO传感器模块以及pH传感器模块；传感器模块与CPU控制模块电连接，用于监测患者创面相应的参数信息并将其传送到所述的CPU控制模块；

电源模块为整个监测装置提供工作电源；

输出模块用于显示传感器模块所监测到的的相应参数大小以及电量状态；

输入模块用于控制整个装置的开启与关闭；

蓝牙模块用于连接智能平台模块，将存储模块所储存信息传送给智能平台模块；

智能平台模块包括智能手机或智能平板电脑，用于接受通过蓝牙模块传送的信息，并把信息记录同步到云端模块的存储服务器长期保存及远程分享；

云端模块为云服务平台，能够实现数据的分享及监测控制。

本发明进一步的改进在于：

所述创面敷料采用无菌脱脂纱布块或生物合成敷料，生物合成敷料采用交互式伤口敷料、银敷料、藻酸钙敷料或水凝胶敷料。

所述电路板采用以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的柔性电路板或普通电路板。

所述输入模块为开关按键，用于向CPU控制模块发送监测或休眠指令。

所述输出模块为指示灯或LCD显示屏；指示灯包括指示电量低的红色LED指示灯、指示电量充足的绿色LED指示灯以及指示系统故障的黄色LED指示灯；LCD显示屏用于显示传感器模块所监测到的相应参数以及电量状态。

所述电源模块采用纽扣电池。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明将用于监测创面温度、湿度、pH值、压力、NO浓度、含氧量以及微生物的监测装置嵌入伤口敷料中，能够在无需更换敷料的条件下提供创面信息，根据病人的创面情况合理地进行换药，实现个性化医疗，从而减少不必要的浪费，减轻病人痛苦，加快创面愈合，缩短患者住院时间以及降低住院费用。本发明可以根据创面的情况更换适合的生物敷料，并且能够随时随地掌握患者创面的信息，实现远程医疗，同时能够借助负压封闭引流(VSD)技术，通过其配套的间隙冲洗装置，根据智能无线传感敷料监测得到的创面微环境情况，适当的进行调控。当创面微环境含氧量低时，可以给氧局部氧治疗；当创面微环境pH异常时，可以给予缓冲液进行冲洗。

【附图说明】

图1是本发明智能无线传感敷料、智能平台模块及云端模块的连接关系示意图；

图2是本发明实施例提供的一种可实时监测创面愈合的智能无线传感敷料的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明包括用于监测创面的智能无线传感敷料以及后台服务平台，后台服务平台即智能平台模块和云端模块。所述的智能无线传感敷料通过蓝牙模块把存储模块中储存的各种创面信息数据包括：创面温度、创面湿度、创面含氧量、创面pH值、创面所处环境压力大小、创面NO浓度、创面微生物感染等数据信息同步到智能平台模块；所述的平台模块把各种创面数据信息记录同步到云端模块的存储服务器长期保存及远程分享；云端模块实现数据分享及监测监控。

参见图2，本发明包括创面敷料以及嵌入创面敷料中的用于监测创面温度、湿度、pH值、含氧量、NO浓度、微生物的监测装置；监测装置采用柔性电路板或普通电路板，再将CPU控制模块，以及均与CPU控制模块相交互的输入模块、输出模块、蓝牙模块、传感器模块、存储模块及电源模块安装在柔性电路板或普通电路板上，再将安装好的柔性电路板或普通电路板嵌入普通敷料中。柔性电路板是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材料制成的一种具有高度可靠性、绝佳的可挠性印刷电路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。

传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、pH传感器、氧气传感器、NO浓度传感器、微生物传感器及压力传感器，与CPU控制模块电连接，用于监测患者创面信息并将其传送到CPU控制模块；温度传感器用于监测创面的温度高低，温度可以作为创面是否发生感染，以及创面血流量的指标，温度升高往往表示创面发生了感染；湿度传感器用于监测创面的湿度含量，湿性环境下愈合速度要比干性环境快，湿润环境不仅能够维持细胞的存活，使其释放生长因子，而且也能调节和刺激细胞增殖；pH传感器用于监测创面pH值，创面pH值是愈合过程中的一个影响因素，创面在愈合的不同阶段有着不同的pH值范围；氧传感器用于监测创面氧气含量；微生物传感器用于监测创面是否有细菌感染，创面感染是影响创面愈合的重要因素之一，许多化脓菌产生一些毒素和酶，能引起组织坏死，基质或胶原纤维溶解，这不仅加重局部组织损伤，也妨碍愈合，通过微生物传感器，可以及时发现创面是否发生感染，及时合理使用抗生素等药物，可以预防创面感染发生及加重。

电源模块内包含有电池，所述电池为纽扣电池。电源模块分别与向智能敷料本体内的其它模块电连接，并向其提供工作的电源；本发明中我们采用的是可随时更换的纽扣电池，当监测装置处于低电量状态时，可随时对电源模块进行更换电池，方便患者的使用。

CPU控制模块用于接收各类传感器模块所采集的信息，以及协调存储模块、蓝牙模块以及电源模块进行工作；

蓝牙模块与CPU控制模块相连，CPU控制模块通过蓝牙模块将存储模块所储存信息传送给智能平台模块以进行显示或存储。本实施方式中，蓝牙通讯模块遵循蓝牙标准协议；模块支持UART、USB、SPI、PCM、SPDIF等接口，并支持SPP蓝牙串口协议，具有成本低、体积小、功耗低、收发灵敏性高等优点，只需配备少许的外围元件就能实现其强大功能。

本发明敷料本体外部还设置输入模块，输入模块包含一个开关按键，在开启状态下，进入监测模式；在关闭状态下，进入休眠模式。在监测模式下，则对患者创面的温度、湿度、氧含量等参数进行实时监测，并将参数信息加以存储通过蓝牙发送给智能手机以便医生查询和分析。在休眠模式下，将停止对创面的监测。

本发明还包括输出模块，输出模块是指用于显示各种传感器所监测到的的相应参数以及电量状态的LCD显示屏。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件以及必需的通用硬件的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上需要在智能手机上匹配该智能无线传感敷料的APP程序，结合该APP程序能更好的查询或采集患者创面的参数。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可实时监测创面愈合的智能无线传感敷料，其特征在于，包括创面敷料，嵌入创面敷料中的用于监测创面温度、湿度、pH值、NO浓度、含氧量以及微生物的监测装置和后台服务平台分析系统，创面敷料用于覆盖患者创面；

监测装置包括安装于电路板上的CPU控制模块，以及均与CPU控制模块相交互的输入模块、输出模块、蓝牙模块、传感器模块、存储模块以及电源模块；电源模块同时与输入模块、输出模块、蓝牙模块、传感器模块以及存储模块电连接；

后台服务平台分析系统包括智能平台模块以及云端模块；

CPU控制模块用于接收传感器模块所采集的创面信息，以及协调存储模块、蓝牙模块、输出模块以及电源模块进行工作；

存储模块用于存储CPU控制模块所接收到的传感器模块所采集的创面信息；

传感器模块包括温度传感器模块、湿度传感器模块、微生物传感器模块、压力传感器模块、氧传感器模块、NO传感器模块以及pH传感器模块；传感器模块与CPU控制模块电连接，用于监测患者创面相应的参数信息并将其传送到所述的CPU控制模块；

电源模块为整个监测装置提供工作电源；

输出模块用于显示传感器模块所监测到的的相应参数大小以及电量状态；

输入模块用于控制整个装置的开启与关闭；

蓝牙模块用于连接智能平台模块，将存储模块所储存信息传送给智能平台模块；

智能平台模块包括智能手机或智能平板电脑，用于接受通过蓝牙模块传送的信息，并把信息记录同步到云端模块的存储服务器长期保存及远程分享；

云端模块为云服务平台，能够实现数据的分享及监测控制。

2.根据权利要求1所述的可实时监测创面愈合的智能无线传感敷料，其特征在于，所述创面敷料采用无菌脱脂纱布块或生物合成敷料，生物合成敷料采用交互式伤口敷料、银敷料、藻酸钙敷料或水凝胶敷料。

3.根据权利要求1所述的可实时监测创面愈合的智能无线传感敷料，其特征在于，所述电路板采用以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的柔性电路板或普通电路板。

4.根据权利要求1所述的可实时监测创面愈合的智能无线传感敷料，其特征在于，所述输入模块为开关按键，用于向CPU控制模块发送监测或休眠指令。

5.根据权利要求1所述的可实时监测创面愈合的智能无线传感敷料，其特征在于，所述输出模块为指示灯或LCD显示屏；指示灯包括指示电量低的红色LED指示灯、指示电量充足的绿色LED指示灯以及指示系统故障的黄色LED指示灯；LCD显示屏用于显示传感器模块所监测到的相应参数以及电量状态。

6.根据权利要求1所述的可实时监测创面愈合的智能无线传感敷料，其特征在于，所述电源模块采用纽扣电池。