用于体内压力监测的新型无线传感系统设计

压力监测是根据具体条件在规定时间内进行持续压力测量的过程，测量时间从几分钟到数年不等。监测人体不同器官的压力既可用于诊断，也可用于治疗。这一应用涉及多个医学学科，例如心脏病学、神经学、眼科学、泌尿学和肠胃病学等。

压力传感器在临床中的应用已有很多年历史。最常见的基本原理是将目标器官的压力通过液体或空气介质传递到外部传感器。通过基本的工程设计，可以开发出相对可靠且高成本效益的外部压力记录设备。不过，现有压力传感临床器械存在各种局限，例如，充水导管经常出现的问题是患者运动造成的伪影，这一问题可以通过使用充气导管进行改善。但是，比较测量结果显示，充气导管提供的读数与充水导管相比有显著差异。另一种方法是使用微探针，压力传感器位于探针顶端。这种方法可以减少运动伪影，并解决导管堵塞的问题。与机械膀胱模型中的水压传感器相比，两种系统的压力读数具有很高的相关性。然后，临床研究指出这些不同系统之间存在不一致性。因此，最新的国际尿动力学最佳实践指南提倡在膀胱测压过程中使用带有外部传感器系统的充液导管。

光纤压力传感器和MEMS压力传感器已成为具有广泛医疗应用前景的技术。在这些器件中，压阻式压力传感器是MEMS压力传感技术的一种，它能将施加在薄膜上的机械压力转换为电阻率变化。雅培CardioMEMS HF系统的上市是将MEMS技术应用于医疗领域的成功案例之一，它用于无线监测心衰患者的肺动脉。在之前的研究中，研究人员报道了MEMS压力传感元件（即压力敏感元件）的构造和特性，有望用于开发新的医疗器械。研究人员还利用振动台上的膀胱模型进行了工作台试验，结果表明这种压力传感器可以检测到当前临床系统无法检测到的信号。此外，一项使用该传感器系统的临床案例研究表明，该系统使用安全，并能在膀胱中进行可靠的压力测量。

用于长期测量的无线植入式压力传感器系统的进一步开发，有望造福神经源性膀胱疾病患者，这类疾病通常由脊髓损伤引起。这项技术可以通过监测膀胱压力来替代失去的膀胱充盈感，为患者和医护人员提供有价值的信息来源。因此，过去十年来开发出了各种植入式压力传感器系统原型，这些系统采用实时遥测链接或数据记录功能，以便日后检索。此类系统可采用不同的通信协议，如WiFi、ZigBee、近场通信、医疗植入通信系统（MICS）和低功耗蓝牙（BLE）。

据麦姆斯咨询介绍，挪威奥斯陆大学（University of Oslo）的研究人员在Scientific Reports期刊上发表了一篇题为“From wires to waves, a novel sensor system for in vivo pressure monitoring”的论文，介绍了一种植入式压力传感器系统的迭代开发过程，该系统基于研究人员之前研究的压阻传感元件和探头。首先，研究人员使用了一个系留数据记录器原型，该原型作为诊断工具的一部分而设计，可以同时记录数据和实时流，然后，升级为植入式无线MICS通信系统。为了进一步提高系统性能，研究人员设计了一个植入式BLE单元。

为了评估新设计的医疗器械原型，通常要进行工作台试验或使用假解剖模型来证明系统的运行符合预期，也可以使用活体分离器官进行体外工作台试验。不过，要获得更可靠、更全面的数据，还需要进一步植入动物模型。动物模型的选择取决于具体的实验要求，如植入物的大小和传感器系统的类型等。研究人员利用九头雌性猪对这些系统进行了体内测试，以发现系统功能中存在的问题，并进行修改以提高其性能。总体而言，该研究成果使传感器系统能够在存在不同压力动态的器官中提供可靠的压力测量。

系留式传感器系统的体内测试

无线MICS系统，将其植入九头雌性猪体内的压力测量

论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41598-024-58019-5

审核编辑：刘清