Adhesive Transient Strain Sensors for Monitoring Post-Cardiotomy Hemodynamics

用于监测心脏切开术后血流动力学的粘附式瞬态应变传感器

基本信息

项目摘要

ABSTRACT As many as 20% of patients undergoing open heart surgery can have immediate or delayed postoperative cardiovascular compromise. In the immediate period, cardiac function is often monitored using a pulmonary artery catheter and an arterial line. This helps prevent problems in cardiac function and output by noting changes from the information gathered from these catheters that allow immediate assessment and treatment. However, these devices, particularly the pulmonary artery catheter, present significant risks to patients including fatal arrhythmias, perforation of blood vessels or the heart, bleeding into the airway, entanglement and thrombus formation. If the patient is very sick, it is very common to keep this catheter in place for a prolonged period or exchange it on a regular basis. However, indwelling lines carry a high risk of bloodstream infection and sepsis. Furthermore, patients typically are kept in bed until the pulmonary artery catheter is able to be removed. To add to this, the measurement of cardiac output from this catheter is often unreliable and inconsistent. This can make being able to treat the patient appropriately difficult and potentially dangerous. Our goal of this proposal is to design, fabricate, and test a device placed on the surface of the aorta and pulmonary artery during open heart surgery that can provide information on cardiac function, while avoiding the risk of indwelling lines. The envisioned device will: 1) be easily deployed; 2) avoid risk of infection by being on the surface of the vasculature; 3) provide accurate and precise measurements of cardiac function; 4) provide a long-term postoperative solution that is safe and easily removable. The core technology will be a highly sensitive crack-based strain sensor that can be multiplexed into arrays and integrated with transient flexible adhesive hydrogels. Strain sensors integrated with adhesive hydrogels will measure pressure waveforms and flow rates; data that can be used to accurately calculate cardiac output. Sensor arrays will be tested using in vitro and ex vivo models to calibrate measurements with cardiac output. Finally, we will compare the in vivo measurements of flexible strain sensors with that of pulmonary artery catheters using an acute infarct model in swine. The overall performance of transient flexible adhesive strain sensor arrays will be benchmarked to pulmonary artery catheters, the existing standard of care.
抽象的 多达 20% 接受心脏直视手术的患者可以立即或延迟术后 心血管损害。在近期,通常使用肺功能监测心功能 动脉导管和动脉线。这有助于通过记录变化来预防心脏功能和输出量的问题 从这些导管收集的信息可以立即进行评估和治疗。然而, 这些装置,特别是肺动脉导管,给患者带来重大风险,包括致命的风险 心律失常、血管或心脏穿孔、气道出血、缠结和血栓 形成。如果患者病得很重,通常会长时间保留该导管或 定期交换。然而,留置管具有很高的血流感染和败血症风险。 此外,患者通常要卧床直到能够移除肺动脉导管。添加 为此,该导管的心输出量测量通常不可靠且不一致。这可以使 能够适当地治疗患者是困难的并且具有潜在的危险。我们这项提案的目标是 设计、制造和测试在心脏直视期间放置在主动脉和肺动脉表面的装置 手术可以提供有关心脏功能的信息,同时避免留置管的风险。这 设想的设备将:1)易于部署; 2) 避免位于脉管系统表面的感染风险; 3)提供准确、精确的心功能测量; 4)提供长期的术后解决方案 安全且易于拆卸。核心技术将是一种高灵敏度的基于裂纹的应变传感器, 可以多路复用成阵列并与瞬态柔性粘合水凝胶集成。应变传感器 与粘性水凝胶集成将测量压力波形和流速;数据可用于 准确计算心输出量。传感器阵列将使用体外和离体模型进行测试以校准 与心输出量的测量。最后,我们将比较柔性应变传感器的体内测量结果 与使用猪急性梗塞模型的肺动脉导管进行比较。整体表现 瞬态柔性粘合应变传感器阵列将以肺动脉导管为基准,现有的 护理标准。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
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专利数量(0)
Recent Progress in Materials Chemistry to Advance Flexible Bioelectronics in Medicine.
材料化学的最新进展促进医学中的柔性生物电子学。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Balakrishnan, Gaurav;Song, Jiwoo;Mou, Chenchen;Bettinger, Christopher J
  • 通讯作者:
    Bettinger, Christopher J
Gelatin-Based Ingestible Impedance Sensor to Evaluate Gastrointestinal Epithelial Barriers.
用于评估胃肠上皮屏障的明胶可摄入阻抗传感器。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Balakrishnan, Gaurav;Bhat, Arnav;Naik, Durva;Kim, Julie Shin;Marukyan, Sona;Gido, Lily;Ritter, Mia;Khair, Aditya S;Bettinger, Christopher J
  • 通讯作者:
    Bettinger, Christopher J
Hysteresis-free and high sensitivity strain sensing of ionically conductive hydrogels.
离子导电水凝胶的无滞后和高灵敏度应变传感。
  • DOI:
    10.1002/anbr.202200132
  • 发表时间:
    2022-12-22
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jiwoo Song;Chenchen Mou;G. Balakrishnan;Yingqiao Wang;Mahathy Rajagopalan;Audrey Schreiner;Durva Naik;Tzahi Cohen;M. S. Halbreiner;C. Bettinger
  • 通讯作者:
    C. Bettinger
Poisson-Nernst-Planck framework for modelling ionic strain and temperature sensors.
用于模拟离子应变和温度传感器的 Poisson-Nernst-Planck 框架。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-06-21
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Balakrishnan, Gaurav;Song, Jiwoo;Khair, Aditya S;Bettinger, Christopher J
  • 通讯作者:
    Bettinger, Christopher J
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