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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致睡眠中反復出現呼吸暫停和低通氣事件，常伴隨低氧血癥和睡眠結構紊亂，嚴重影響睡眠質量和健康。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重要，但這對于傳統的睡眠監測方法來說仍然是一個挑戰。

近日，北京航空航天大學生物與醫學工程學院、生物力學與力學生物學教育部重點實驗室、北京生物醫學工程高精尖創新中心樊瑜波教授/李儒雅副教授團隊，在著名綜合性期刊《Nature Communications》上發表了柔性可穿戴傳感領域的最新成果“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，北京航空航天大學為第一完成單位，擁有該研究完全的知識產權。

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Nature Communications | 導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測的導管式柔性壓力傳感器陣列的應用場景及結構

該研究開發了一種新型導管式柔性壓力傳感器陣列，能夠連續、精確地監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管實現傳感功能的方法，可以為OSAS的診斷和治療提供患者氣道塌陷位點原位數據，實時監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，可直接在醫用導管上雕刻形成功能性微結構，實現壓力傳感功能。同時傳感陣列選用PDMS作為柔性包覆膜，在包覆膜層和導管微結構表面涂覆含有PEDOT：PSS、PVA和EG的導電混合物構建形成壓阻式傳感器，具有空間分辨率高、穩定性好、靈敏度高（38.1 Ω/mmHg）、響應時間快（660ms）等特點（圖2）。

圖3.導管式柔性壓力傳感器陣列在OSAS模型豬中的體內驗證

該研究通過體外測試和使用OSAS模型豬進行的體內實驗驗證了傳感器陣列的性能。結合導管式柔性壓力傳感器陣列、PSG和CT掃描數據，在建模前后不同時間點監測氣道阻塞位置和壓力變化。結果顯示，傳感器信號與PSG和CT數據高度一致，能夠精確定位氣道阻塞區域及多個阻塞位點，并區別打鼾、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，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、連續上呼吸道壓力監測中的可靠性和應用前景（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檢查和血清對比分析評估了OSAS模型豬的系統和局部炎癥反應。同時進一步將傳感器陣列置于正常豬上呼吸道內24小時，組織病理學檢查顯示與空白組相比無異常炎癥或組織異常。各項結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管的柔性壓力傳感器陣列在長期、連續監測上呼吸道軟組織壓力方面的潛力，結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。該成果對于臨床環境中OSAS的診斷和治療方案的制定，尤其是在確定手術干預的部位和范圍方面具有重要意義和價值。此外，此種傳感器加工設計方案還可擴展至其它常規導管型醫療裝備，用于測量人體內其他腔道壓力分布。

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

文章鏈接：

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