手术室的创新能否帮助海底潜水员

从检测患者疼痛到拯救潜水员生命

手术室中的创新能否帮助海底潜水员？

康涅狄格大学（UConn）的科学家正在研究他们开发的一种传感器，该传感器原本用于帮助口腔外科医生评估患者的疼痛程度，而现在可能用于预测深海潜水员的癫痫发作——这是美国海军关注的一项重大健康问题。这项技术具有广泛的适应性，并有可能在造成损害之前检测到其他类型的问题，从糖尿病患者的神经病变到外科医生的疲劳。

生物医学工程领域的董事会杰出教授、Krenicki讲座教授Ki Chon与生物医学工程助理教授Hugo Posada-Quintero及其研究生一起，利用来自卫生与公共服务部第一阶段和第二阶段STTR拨款的150万美元资金，致力于将他们的新型皮肤电活动（EDA）传感器技术应用于预测水下环境中的癫痫发作。

海军海豹突击队潜水员和潜艇人员在水下作业期间会呼吸高压纯氧（HBO2）。长时间接触HBO2可能导致氧中毒，从而引发癫痫发作和其他并发症。

Chon及其团队长期以来一直在研究测量交感神经系统活动的定量方法，该系统记录疼痛和其他健康事件，如癫痫发作。

当Chon在麻省理工学院担任博士后研究员时，现有的非侵入性方法无法将交感神经系统（控制战斗或逃跑反应）与副交感神经系统（控制消化等日常过程并使身体恢复到休息状态）区分开来。

“这两者是并行工作的，”Chon说，“但你需要将交感神经系统和副交感神经系统分开，因为例如疼痛会激活交感神经系统。因此，你可以用它来更好地量化你所感受到的疼痛程度。”

鉴于这一挑战，研究人员开始研究EDA传感器的潜力，该传感器利用来自皮肤的信号来量化交感神经系统的活动。

“这是有道理的，因为人类皮肤只由交感神经支配，”而不是副交感神经，Chon说。

EDA设备由一个小电路和一系列电极组成，可以实时测量交感系统的活动。Chon及其团队已经开发了一种算法并为其申请了专利，该算法可以更好地表征这种反应，与传统EDA数据解释方法相比，提供更一致和准确的反应。

“创新在于我们所拥有的分析，以及我们如何处理数据和定量测量疼痛，”Chon说，“这就是潜力所在。”

这些传感器不仅能为外科医生提供更准确的患者疼痛测量结果，相比患者的主观自述更为准确，而且还能帮助克服幼儿、残疾患者和语言障碍患者面临的沟通挑战。

2020年，Chon和牙体牙髓病学教授I-Ping Chen博士从国家牙科和颅面研究研究所（NIDCR）获得了一笔拨款，用于将Chon的传感器微型化，以便在诊断测试和根管治疗过程中评估患者的疼痛。

这些传感器在评估牙科疼痛方面比患者的主观自述更具潜力，特别是对于存在沟通障碍的患者，包括幼儿、残疾患者和语言障碍患者。最终目标是让患者能够佩戴这些传感器并使用应用程序在家中测量术后疼痛，从而使牙医能够监测疼痛程度并开出正确的止痛药，Chen说。

海军潜水员项目遵循了Chon的发现，即使用他的算法，传感器还可以预测癫痫发作。在一项使用暴露于HBO2的大鼠的研究中，传感器平均比脑电图测量或专家观看大鼠视频提前两分钟检测到癫痫发作。

对于潜水员和潜艇人员来说，这几分钟可以发挥巨大作用，因为它可以让他们得到警告并在癫痫发作开始前安全返回水面。

“提前一分钟警告他们当然意义重大，”Chon说，“我们对此非常兴奋，海军也非常兴奋。”