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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，嚴重影響睡眠質(zhì)量和健康。準確檢測和定位氣道阻塞對于OSAS的診斷和治療計劃制定至關(guān)重要，但這對于傳統(tǒng)的睡眠監(jiān)測方法來說仍然是一個挑戰(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)教育部重點實驗室、北京生物醫(yī)學(xué)工程高精尖創(chuàng)新中心樊瑜波教授/李儒雅副教授團隊，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產(chǎn)權(quán)。

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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診療?

圖1. 用于上氣道軟組織壓力監(jiān)測的導(dǎo)管式柔性壓力傳感器陣列的應(yīng)用場景及結(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)測上氣道軟組織壓力分布，并以毫米級精度定位阻塞部位。這是一種使用臨床介入導(dǎo)管實現(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原位數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測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)，實現(xiàn)壓力傳感功能。同時傳感陣列選用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)時間快（660ms）等特點（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)驗證

該研究通過體外測試和使用OSAS模型豬進行的體內(nèi)實驗驗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)，在建模前后不同時間點監(jiān)測氣道阻塞位置和壓力變化。結(jié)果顯示，傳感器信號與PSG和CT數(shù)據(jù)高度一致，能夠精確定位氣道阻塞區(qū)域及多個阻塞位點，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)，傳感陣列測得氣道軟組織接觸壓力減小，驗證了傳感器在長時間、連續(xù)上呼吸道壓力監(jiān)測中的可靠性和應(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)檢查和血清對比分析評估了OSAS模型豬的系統(tǒng)和局部炎癥反應(yīng)。同時進一步將傳感器陣列置于正常豬上呼吸道內(nèi)24小時，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。各項結(jié)果證實該傳感器陣列具有良好的生物相容性（圖4）。

綜上所述，本研究驗證了基于導(dǎo)管的柔性壓力傳感器陣列在長期、連續(xù)監(jiān)測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，為進一步的臨床在體研究奠定了基礎(chǔ)。該成果對于臨床環(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值。此外，此種傳感器加工設(shè)計方案還可擴展至其它常規(guī)導(dǎo)管型醫(yī)療裝備，用于測量人體內(nèi)其他腔道壓力分布。

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

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