Nature Communications | 导管式柔性压力传感器阵列：助力阻塞性睡眠呼吸暂停综合征的精准诊疗

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阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（OSAS）是一种常见的睡眠呼吸障碍，因上呼吸道塌陷或阻塞导致睡眠中反复出现呼吸暂停和低通气事件，常伴随低氧血症和睡眠结构紊乱，严重影响睡眠质量和健康。准确检测和定位气道阻塞对于OSAS的诊断和治疗计划制定至关重要，但这对于传统的睡眠监测方法来说仍然是一个挑战。

近日，北京航空航天大学生物与医学工程学院、生物力学与力学生物学教育部重点实验室、北京生物医学工程高精尖创新中心樊瑜波教授/李儒雅副教授团队，在著名综合性期刊《Nature Communications》上发表了柔性可穿戴传感领域的最新成果“A Flexible Catheter-Based Sensor Array for Upper Airway Soft Tissues Pressure Monitoring”。北京航空航天大学樊瑜波教授和李儒雅副教授为该文的共同通讯作者，博士研究生尚将和硕士研究生马潇潇为该论文的共同第一作者，北京航空航天大学为第一完成单位，拥有该研究完全的知识产权。

图1. 用于上气道软组织压力监测的导管式柔性压力传感器阵列的应用场景及结构

该研究开发了一种新型导管式柔性压力传感器阵列，能够连续、精确地监测上气道软组织压力分布，并以毫米级精度定位阻塞部位。这是一种使用临床介入导管实现传感功能的方法，可以为OSAS的诊断和治疗提供患者气道塌陷位点原位数据，实时监测上呼吸道软组织接触压力分布（图1）。

图2. 传感器的工作原理和特性

本传感器阵列采用了先进的3D飞秒激光制造工艺，可直接在医用导管上雕刻形成功能性微结构，实现压力传感功能。同时传感阵列选用PDMS作为柔性包覆膜，在包覆膜层和导管微结构表面涂覆含有PEDOT：PSS、PVA和EG的导电混合物构建形成压阻式传感器，具有空间分辨率高、稳定性好、灵敏度高（38.1 Ω/mmHg）、响应时间快（660ms）等特点（图2）。

图3.导管式柔性压力传感器阵列在OSAS模型猪中的体内验证

该研究通过体外测试和使用OSAS模型猪进行的体内实验验证了传感器阵列的性能。结合导管式柔性压力传感器阵列、PSG和CT扫描数据，在建模前后不同时间点监测气道阻塞位置和压力变化。结果显示，传感器信号与PSG和CT数据高度一致，能够精确定位气道阻塞区域及多个阻塞位点，并区别打鼾、吞咽等行为。随着OSAS模型猪气道阻塞情况减轻，气道横截面积恢复，传感阵列测得气道软组织接触压力减小，验证了传感器在长时间、连续上呼吸道压力监测中的可靠性和应用前景（图3）。

图4. 传感器阵列的生物相容性研究

该研究通过组织病理学检查和血清对比分析评估了OSAS模型猪的系统和局部炎症反应。同时进一步将传感器阵列置于正常猪上呼吸道内24小时，组织病理学检查显示与空白组相比无异常炎症或组织异常。各项结果证实该传感器阵列具有良好的生物相容性（图4）。

综上所述，本研究验证了基于导管的柔性压力传感器阵列在长期、连续监测上呼吸道软组织压力方面的潜力，结合其良好的生物相容性，为进一步的临床在体研究奠定了基础。该成果对于临床环境中OSAS的诊断和治疗方案的制定，尤其是在确定手术干预的部位和范围方面具有重要意义和价值。此外，此种传感器加工设计方案还可扩展至其它常规导管型医疗装备，用于测量人体内其他腔道压力分布。

该研究得到了国家重点研发计划（2023YFC3603500）、国家自然科学基金（12332019、U20A20390和T2288101）等基金的支持。

文章链接：

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