[发明专利]一种基于负拉阻材料的光遗传学自适应抑制心动过速系统

说明书

本发明提供一种基于负拉阻材料的光遗传学自适应抑制心动过速系统，包括：柔性器件和后端电路；柔性器件包括柔性负拉阻应变传感器、柔性可延展电极和LED阵列，柔性应变传感器阵列在受到压力时具有阻值随压力的增大而减小的特性，用于检测心脏跳动时在舒张和收缩状态下的应变变化；LED阵列设置于柔性可延展电极上，通过LED阵列的光抑制已转染的心肌细胞之间的电信号传输，同时利用LED阵列电路中柔性负拉阻应变传感器来自适应地改变光强，达到高效且低能耗地终止心动过速的目的。后端电路具有采集数据、数据分析和发送光刺激命令。本发明安全可靠、光照面积大，且具有全柔性、自适应的优点，可用于心率失常领域的研究。

技术领域

本发明涉及医疗电子器械领域，具体地，涉及一种柔性的基于负拉阻材料和光遗传学的自适应抑制室性心动过速的系统。

背景技术

心肌梗死和心力衰竭是猝死的最重要的危险因素，随着生活节奏不断加快和不良的生活习惯，急性心肌梗死(AMI)的发病率逐年升高，根据《中国心血管健康与疾病报告报告2019》，2002年至2017年间AMI的死亡率总体呈上升趋势。心律失常是AMI最常见的并发症之一，其中阵发性室性心动过速(PVT)发生率约6-40％，它常是室性心动过速和心室颤动发作的先兆，极易导致心源性猝死。室性心动过速(VT)定义为：心跳频率超过100次/min(对人而言)，连续3个或3个以上的自发性室性电除极活动。如果是心脏电生理检查中心脏电刺激所诱发的室性心动过速，则必须是持续6个或6个以上的快速性心室搏动(频率大于100次/min)。所以对心脏病患者以及潜在患者来说，预防、检测并及时治疗VT对预防心肌梗死导致的猝死是非常重要且必须的。

目前治疗VT的手段主要有药物治疗、埋藏式心脏转复除颤器(ICD)、射频消融术，且总体来说，ICD仍然是目前预防猝死较为有效的治疗手段，但是ICD存在明显的缺点。由于ICD产品因生产厂商不同，所能达到的最大电击放电量存在较大差异，其能量可程控范围一般为0.1-34焦耳，少数产品最大电击能量可达42焦耳。由于电击对神经纤维和骨骼肌的直接刺激，所以其在放电过程中会给病人造成明显的不适与痛苦。此外，ICD电击对细胞类型没有选择性，放电电极周围所有的组织和神经细胞均会受到电击的影响，长期植入不仅能耗较大，还可能会对周围肌体造成不可控和不可逆的意外损伤，出现其他并发症。因此，为了克服以上问题，一种新型的基于光遗传学的心律失常治疗手段引起了科学家们的极大关注。

光遗传学(Optogenetics)是通过光学和遗传学结合的方式，实现对生物行为精准控制的技术，即将光敏蛋白表达于靶细胞或者靶器官上，利用相应波长的光照实现对细胞、组织、器官和生物功能的精准调控。这种方式具有细胞选择性、高时空精准性、节律调控性和双相调控性等明显优点。但是对于室性心动过速模型来说，目前光遗传学的治疗手段还存在以下不足：1.非闭环的控制回路，且光强调控不具备自适应特性；2.现有的研究都采用的是急性病理造模，准确性有待提高；3.光刺激的光源是固定的单颗光源，无法针对光照面积、光照区域进行深入分析。基于以上不足，一种基于心肌光遗传学的闭环检测室性心动过速的自适应终止系统具备重要的科研和临床应用价值，对心脏光遗传学领域具有非常重要的意义。

除此之外，随着柔性电子的发展，可拉伸器件也在介入式医疗领域得到了很大的发展。常见的可拉伸应变传感器大多都是随着应变的增大呈现电阻的数量级的上升变化，但是这种电阻的上升趋势并不利于该类传感器与后端电/光致变色的可视化或其他应用的实现，同时也存在噪声等问题，所以一般只能单纯用作传感检测。而柔性可拉伸的负拉阻器件由于在拉伸过程中，电阻和应变呈现负相关，即在应变增大时，电阻显著下降，因而具备独特的电流调控优势，可以将其与光遗传学进行深入结合，不仅利用柔性可拉伸的负拉阻器件作为闭环检测的单元，也可以作为自适应调控的元件，在低功耗的光遗传学治疗领域具备广阔的应用前景。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于负拉阻材料的光遗传学自适应抑制心动过速系统。

本发明第一个方面提供一种基于负拉阻材料的光遗传学自适应抑制心动过速系统，包括：柔性器件和后端电路；