Nature Communications | 導(dǎo)管式柔性壓力傳感器陣列：助力阻塞性睡眠呼吸暫停綜合

關(guān)注“醫(yī)工學(xué)人”澎湃號(hào)和公眾號(hào)，第一時(shí)間獲取醫(yī)工交叉領(lǐng)域新聞動(dòng)態(tài)~

阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征（OSAS）是一種常見的睡眠呼吸障礙，因上呼吸道塌陷或阻塞導(dǎo)致睡眠中反復(fù)出現(xiàn)呼吸暫停和低通氣事件，常伴隨低氧血癥和睡眠結(jié)構(gòu)紊亂，嚴(yán)重影響睡眠質(zhì)量和健康。準(zhǔn)確檢測(cè)和定位氣道阻塞對(duì)于OSAS的診斷和治療計(jì)劃制定至關(guān)重要，但這對(duì)于傳統(tǒng)的睡眠監(jiān)測(cè)方法來說仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

近日，北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院、生物力學(xué)與力學(xué)生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京生物醫(yī)學(xué)工程高精尖創(chuàng)新中心樊瑜波教授/李儒雅副教授團(tuán)隊(duì)，在著名綜合性期刊《Nature Communications》上發(fā)表了柔性可穿戴傳感領(lǐng)域的最新成果“A Flexible Catheter-Based Sensor Array for Upper Airway Soft Tissues Pressure Monitoring”。北京航空航天大學(xué)樊瑜波教授和李儒雅副教授為該文的共同通訊作者，博士研究生尚將和碩士研究生馬瀟瀟為該論文的共同第一作者，北京航空航天大學(xué)為第一完成單位，擁有該研究完全的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

點(diǎn)擊鏈接查看視頻

Nature Communications | 導(dǎo)管式柔性壓力傳感器陣列：助力阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征的精準(zhǔn)診療?

圖1. 用于上氣道軟組織壓力監(jiān)測(cè)的導(dǎo)管式柔性壓力傳感器陣列的應(yīng)用場(chǎng)景及結(jié)構(gòu)

該研究開發(fā)了一種新型導(dǎo)管式柔性壓力傳感器陣列，能夠連續(xù)、精確地監(jiān)測(cè)上氣道軟組織壓力分布，并以毫米級(jí)精度定位阻塞部位。這是一種使用臨床介入導(dǎo)管實(shí)現(xiàn)傳感功能的方法，可以為OSAS的診斷和治療提供患者氣道塌陷位點(diǎn)原位數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上呼吸道軟組織接觸壓力分布（圖1）。

圖2. 傳感器的工作原理和特性

本傳感器陣列采用了先進(jìn)的3D飛秒激光制造工藝，可直接在醫(yī)用導(dǎo)管上雕刻形成功能性微結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)壓力傳感功能。同時(shí)傳感陣列選用PDMS作為柔性包覆膜，在包覆膜層和導(dǎo)管微結(jié)構(gòu)表面涂覆含有PEDOT：PSS、PVA和EG的導(dǎo)電混合物構(gòu)建形成壓阻式傳感器，具有空間分辨率高、穩(wěn)定性好、靈敏度高（38.1 Ω/mmHg）、響應(yīng)時(shí)間快（660ms）等特點(diǎn)（圖2）。

圖3.導(dǎo)管式柔性壓力傳感器陣列在OSAS模型豬中的體內(nèi)驗(yàn)證

該研究通過體外測(cè)試和使用OSAS模型豬進(jìn)行的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了傳感器陣列的性能。結(jié)合導(dǎo)管式柔性壓力傳感器陣列、PSG和CT掃描數(shù)據(jù)，在建模前后不同時(shí)間點(diǎn)監(jiān)測(cè)氣道阻塞位置和壓力變化。結(jié)果顯示，傳感器信號(hào)與PSG和CT數(shù)據(jù)高度一致，能夠精確定位氣道阻塞區(qū)域及多個(gè)阻塞位點(diǎn)，并區(qū)別打鼾、吞咽等行為。隨著OSAS模型豬氣道阻塞情況減輕，氣道橫截面積恢復(fù)，傳感陣列測(cè)得氣道軟組織接觸壓力減小，驗(yàn)證了傳感器在長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)上呼吸道壓力監(jiān)測(cè)中的可靠性和應(yīng)用前景（圖3）。

圖4. 傳感器陣列的生物相容性研究

該研究通過組織病理學(xué)檢查和血清對(duì)比分析評(píng)估了OSAS模型豬的系統(tǒng)和局部炎癥反應(yīng)。同時(shí)進(jìn)一步將傳感器陣列置于正常豬上呼吸道內(nèi)24小時(shí)，組織病理學(xué)檢查顯示與空白組相比無異常炎癥或組織異常。各項(xiàng)結(jié)果證實(shí)該傳感器陣列具有良好的生物相容性（圖4）。

綜上所述，本研究驗(yàn)證了基于導(dǎo)管的柔性壓力傳感器陣列在長(zhǎng)期、連續(xù)監(jiān)測(cè)上呼吸道軟組織壓力方面的潛力，結(jié)合其良好的生物相容性，為進(jìn)一步的臨床在體研究奠定了基礎(chǔ)。該成果對(duì)于臨床環(huán)境中OSAS的診斷和治療方案的制定，尤其是在確定手術(shù)干預(yù)的部位和范圍方面具有重要意義和價(jià)值。此外，此種傳感器加工設(shè)計(jì)方案還可擴(kuò)展至其它常規(guī)導(dǎo)管型醫(yī)療裝備，用于測(cè)量人體內(nèi)其他腔道壓力分布。

該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023YFC3603500）、國家自然科學(xué)基金（12332019、U20A20390和T2288101）等基金的支持。

文章鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-55088-y