北航团队研发新型柔性传感器，助力睡眠呼吸暂停精准诊疗
北航团队研发新型柔性传感器，助力睡眠呼吸暂停精准诊疗
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。
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）。
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）。
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）。
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）。
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。