npj Digit. Med. | 创新突破：柔性微针电极，重塑面瘫监测新未来

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面瘫（FP）深刻地影响患者的人际沟通和情感表达，因此需要准确的诊断和监测工具以实现最佳护理。目前，主要用于诊断和监测的设备包括神经电图（ENoG）和肌电图（EMG），它们用于确定面部神经和肌肉的功能。ENoG 在急性面瘫的初始阶段（病变发生后 72 小时至 21 天内）非常有效。对于长期面瘫（持续数周至数月），肌电图更有利于检测面部肌肉活动并在神经支配恢复的情况下监测。然而，现有传统设备存在以下不足之处：1) 通常笨重，给患者带来不适，影响了长期监测的可行性；2) 设备与皮肤的接触不充分，导致信号捕捉不准确；3) 在监测过程中对患者的面部表情和活动造成限制；4) 操作人员需要具备高度技术要求。这些限制降低了传统 EMG 设备在面瘫等疾病监测中的效果和适用性。

为解决这些问题，作者开发了一种基于 PEDOT 的柔软、贴合皮肤、具备无线传输功能的”Biomask”面部 EMG 信号采集系统。该系统主要由经过 PSS 改良的柔性微针电极阵列（P-FMNEA）组成，根据面部肌肉的解剖位置设计，嵌入到超薄、灵活的贴片中，形状类似于”面膜”，能够完美贴合弯曲的面部皮肤。这种设计使患者能够轻松地将电极放置在正确的位置，无需专业指导。电极通过细长的蛇形线缆与位于耳朵附近的无线传输模块连接，方便了对面部肌肉电信号的无线监测。

图1. (a) 常用商业电生理监测设备和针状肌内电极; (b) Biomask 和 P-FMNE 的示意图应用; (c) 系统基本机械和电气组成部分的分解图示意图，红色虚线框显示电极部位区域的结构; (d) Biomask 展示弯曲、扭曲和拉伸的几何形状

该柔性贴片由三层组成：

（1）底部是 3M Tegaderm 层，主要用于将 Biomask 粘附到皮肤上，确保在不同面部表情下的紧密贴合；

（2）中央是柔性 PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）电路板，通过丝网印刷加工金属布线；

（3）顶部是 3M Tegaderm 层，用于封装PET电路板以减少环境干扰。底部和顶部的 3M Tegaderm 层都具有防粘膜，方便患者自行涂抹。

通过与传统 Ag/AgCl 凝胶电极相比，作者验证了 Biomask 的良好空间分辨率和降低不同肌肉间干扰的能力，并通过比较健康受试者和患者在完成五种不同动作时的 EMG 信号幅度差异，验证其对面瘫患者肌肉功能严重程度的评估功能。由于采用了创新的微针电极，Biomask在患者舒适性和皮肤保护方面相对于传统的针状电极具有明显优势。这些微小而先进的材料电极可以轻松穿透皮肤的角质层，有效降低了皮肤损伤的风险。整体面罩的设计使得患者能够在没有专家指导的情况下准确地放置电极。此外，Biomask 采用了无线架构，数据可以通过云服务传输，实现对患者术后的长时间监测。

图3. Biomask 在患者健侧和患侧做相同运动时的肌电信号监测功能验证实验结果对比

图4. 基于Biomask的无线架构，6个月随访的数据分析揭示了术后患者面神经功能恢复时间线的模式

Zhou, W., Wang, Z., Xu, Q. et al. Wireless facial biosensing system for monitoring facial palsy with flexible microneedle electrode arrays. npj Digit. Med. 7, 13 (2024). https://doi.org/10.1038/s41746-024-01002-1B1

*中文解读仅供参考，一切内容以英文原文为准。如涉及版权问题，请联系我们删除。

撰文 | 朱云超

编辑 | 邹海达

来源 | npj Digital Medicine

审核 | 医工学人

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