倫敦帝國理工學院（Imperial College London）開發的一種新型人工智能光纖傳感器裝置可以同時測量創傷性腦損傷的關鍵生物標志物。

動物腦組織測試的“有希望”結果表明，它可以幫助臨床醫生比目前更好地監測**進展和患者對**的反應，這表明未來在人類中進行診斷試驗的潛力很大。

頭部受到嚴重打擊的人，例如在道路交通事故中，可能會遭受腦外傷（TBI）——這是世界范圍內導致死亡和殘疾的主要原因，可能導致記憶、注意力和解決問題的長期困難。

**期間需要持續監測TBI。因此，在神經危重癥護理環境中使用顱內探頭來監測損傷進展的關鍵指標，稱為生物標志物，如大腦中的壓力和氧氣。

其中一些探針一次只能測量一種生物標志物。其他人可以監測多種生物標志物，但需要將幾根管子插入大腦，這有可能導致進一步的組織損傷或感染。

帝國研究院的研究人員現在開發了一種患者監測系統，用于監測創傷性腦損傷后的多種生物標志物。該設備將同時監測四種生物標志物的能力與機器學習算法相結合，機器學習算法使用以前的數據基于獲得的數據實時預測生物標志物濃度。如果經過優化并證明可用于人體，該設備可以幫助醫院更有效地監測TBI。

主要作者、帝國理工學院化學工程系的胡玉兵博士表示：“這是一個有希望的突破。我們有希望的結果表明，**的生物標志物監測和損傷進展的**預測，在進一步發展后，可以幫助臨床醫生監測患者的大腦健康和**反應。”

這項研究發表在《Matter》雜志上。

該裝置包括一根柔性硅基光纖，該光纖插入腦組織中，以監測腦脊液（CSF）——環繞大腦和脊髓的液體。連接到纖維末端的是四個傳感膜，它們同時連續測量腦脊液中每個生物標志物的水平：pH、溫度、溶解氧和葡萄糖。薄膜覆蓋有黑色護套，以減少背景噪聲并提高數據精度。

為了測試該裝置，研究人員連續監測了不同狀態下羔羊大腦中這些生物標志物的水平。小羊的大腦沒有受到腦外傷，因此是健康的，被懸浮在人工腦脊液中，研究人員可以隨意調整，模擬輕度和重度腦外傷的大腦化學。

首先，他們測量了健康腦脊液中的生物標志物，然后在輕度和重度腦外傷狀態下進行測量。為了模擬TBI患者從醫療中得到改善的情況，他們在輕度TBI狀態下再次測量。

**作者、化學工程系博士候選人張宇謙（Yuqian Zhang）表示，他們的“設備收集的醫療數據范圍廣泛，目前只有許多不同的傳感器才能實現。光纖傳感器設備與人工智能（AI）集成，以減少交叉干擾。”

合著者、四川大學的南江博士說：“該裝置在健康、輕度腦外傷和嚴重腦外傷**狀態下連續測量每個生物標志物的準確性很高。”

其高性能包括高靈敏度（檢測微量生物標志物的能力）、選擇性（在生物標志物之間辨別的能力）、穩定性（以*小信號漂移提供長期監測的能力）、生物相容性（傳感器在長期植入期間與腦組織**交互的能力）等。

機器學習模型能夠使用來自先前測量庫的讀數實時準確預測生物標志物濃度。它還能夠識別研究人員模擬的TBI不同階段之間的過渡。

化學工程系研究團隊負責人阿里·耶蒂森博士表示，他們的研究表明，該設備能夠動態監測多種生物標志物，以評估大腦中的代謝變化。它不斷反映損傷的狀態，這有助于神經外科醫生**跟蹤**進程，做出循證臨床決策和**

研究人員繼續開發傳感器，使用光學束擴大可測試生物標志物的范圍，如炎癥劑和神經遞質。他們還開發了一個更復雜的機器學習系統，以充分利用現有的數據和預測機制。他們還指出，需要使用活體動物進行更多的測試，以評估整個身體對探頭的響應，并測試光纖傳感器在實際應用中的能力。