肺腑之言 | 樊瑜波教授团队最新成果：助力阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征精准诊疗

医脉通呼吸科

2025-01-07 18:00发布于北京医脉通呼吸科官方账号

医脉通导读

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近日，北京航空航天大学生物与医学工程学院樊瑜波教授和李儒雅副教授团队报道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，为阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（OSAS）的精准诊断提供新的解决方案。相关成果以“A Flexible Catheter-Based Sensor Array for Upper Airway Soft Tissues Pressure Monitoring”为题，发表在《Nature Communications》上。


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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。

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）。
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图1. 用于监测上气道软组织压力的导管式柔性压力传感器阵列的应用场景及结构。
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）。
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图2. 传感器的工作原理和特性。
为了验证传感器的在体性能，通过局部注射交联透明质酸钠混合物的方法建立了安全可逆的OSAS模型猪。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。随着透明质酸钠逐渐吸收，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）。

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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）。
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图4. 传感器阵列的生物相容性研究。
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。

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

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第一作者

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尚将

北京航空航天大学

生物与医学工程学院

 博士研究生

2016年取得口腔医学硕士学位，具有6年三甲医院工作经历，2022年考入北京航空航天大学生物与医学工程学院攻读博士学位，研究方向为柔性可穿戴传感技术在医疗健康监测领域中的应用研究。

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马潇潇

北京航空航天大学

生物与医学工程学院

硕士研究生

北京航空航天大学生物与医学工程学院2017级本科生、2021级硕士研究生，研究方向为柔性电子学与柔性材料。

通讯作者

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樊瑜波

北京航空航天大学

生物与医学工程学院

教授、博导

北京航空航天大学医工交叉创新研究院院长、医学科学与工程学院院长、生物与医学工程学院院长，国家医学攻关产教融合平台（医工结合）主任，北京生物医学工程高精尖创新中心主任，生物力学与力学生物学教育部重点实验室主任。国家级领军人才，国家自然科学基金创新群体带头人，科技部重点领域创新团队带头人，国务院政府特殊津贴获得者。美国医学生物工程院（AIMBE）、国际医学和生物工程科学院（IAMBE）、国际医学物理与生物医学工程联合会（IUPESM）、国际生物材料科学与工程学会(FBSE) 会士；中国医学科学院学术咨询委员会学部委员，中国生物医学工程学会及中国生物材料学会会士。国务院学位委生物医学工程学科评议组成员（共同召集人）。北航生物与医学工程学院创始院长；曾担任中国生物医学工程学会理事长（2008-2015）、世界华人生物工程联合会（WACBE）主席、民政部国家康复辅具研究中心主任、附属康复医院院长（2015.1-2020.7） 等。从事生物医学工程、医疗器械、康复辅具等领域研究。发表SCI论文500余篇(通讯或第一作者）、H因子86、Elsevier生物医学工程高被引学者。授权发明专利200余项，获部省级科技及教学奖励13项。

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李儒雅

北京航空航天大学

生物与医学工程学院

副教授，博导

2017年获得北航“卓越百人”称号，入职北京航空航天大学生物与医学工程学院副教授/博士生导师，研究方向为新型柔性传感机理研究以及柔性传感技术在医疗健康监测领域中的应用研究。研究成果在Nature Communications, Advanced Materials, Advanced Functional Materials等刊物上发表论文三十余篇。有多项授权的柔性传感技术专利已在工业界进行推广和应用。曾获得美国静脉学会BSN-JOBST医学奖，2019世界华人生物医学工程年会青年学者奖。主持国家自然基金项目、科技部国家重点研发计划专项课题等。

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