（圖片來自原文）
導(dǎo) 語
麻省理工學(xué)院的研究人員最近開發(fā)了一種新型的可攝入膠囊，用于監(jiān)測患者胃腸道內(nèi)的生命體征。這種傳感器具有廣泛的應(yīng)用潛力，可以用于非侵入性地監(jiān)測睡眠障礙，如睡眠呼吸暫停，并且還可以用于檢測阿片類藥物過量。相關(guān)研究結(jié)果已經(jīng)在《Device》期刊上發(fā)表。
1、研究背景
多年來，從植入式設(shè)備到腕戴式健身監(jiān)視器，身體佩戴的傳感器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。植入式設(shè)備，如自動除顫器和起搏器，在生命支持應(yīng)用中一直備受青睞，因為外部佩戴的設(shè)備可能會被取下或缺乏依從性。然而，由于成本高昂和植入過程的侵入性，可植入裝置的可用性受到限制。另外，與呼吸監(jiān)測相關(guān)的是藥物過量使用，例如，個人獨處時，阿片類藥物過量使用會導(dǎo)致呼吸抑制，這可能是致命的或?qū)е氯毖跸嚓P(guān)的并發(fā)癥。因此，可攝入設(shè)備有可能成為植入式設(shè)備的一種易于使用的替代品，具有高依從性，且侵入性和成本要低得多。
2、研究概述
基于功能化導(dǎo)電聚合物的設(shè)計，研究團(tuán)隊設(shè)計了功能化聚苯胺基時序黏附水凝膠貼片。它可以實現(xiàn)心臟的同步機(jī)械生理監(jiān)測和電耦合治療，并牢固附著在心臟表面監(jiān)測心臟的機(jī)械運動和電活動。
研究人員利用市售的電子元器件開發(fā)了一種可攝入的生命體征監(jiān)測藥丸，能夠監(jiān)測包括呼吸頻率和心率在內(nèi)的生命體征。該藥丸采用生物相容性材料包裹著加速度計，在胃腸道中測量每次心跳或呼吸時產(chǎn)生的微小運動。時間戳和加速度計數(shù)據(jù)存儲在設(shè)備內(nèi)存中，并定期傳輸?shù)酵獠拷邮掌饕赃M(jìn)行進(jìn)一步分析。通過信號隔離和處理技術(shù)，可以將蠕動、呼吸和心臟頻帶分離，從而實現(xiàn)對呼吸間隔和心率等生命體征的測量。
圖1：生命體征監(jiān)測藥丸的應(yīng)用和實例（圖片來自原文）
此外，受試者在吞下生命體征監(jiān)測藥丸后，需要進(jìn)行專業(yè)人士指導(dǎo)下的屏氣數(shù)據(jù)收集，以模擬阿片類藥物導(dǎo)致的呼吸抑制，并驗證攝入設(shè)備的功能。受試者被要求在坐姿下正常呼吸 15 秒，然后屏住呼吸 15 秒，交替進(jìn)行。在此測試期間，檢查生命體征監(jiān)測藥丸的數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示在這些模擬條件下，生命體征監(jiān)測藥丸能夠檢測到呼吸停止。
圖2：生命體征監(jiān)測藥丸的設(shè)計和臨床前動物表征（圖片來自原文）
除了人類屏氣和中樞性睡眠呼吸暫停數(shù)據(jù)外，研究人員還將生命體征監(jiān)測藥丸放置在豬的胃中，以直接檢測阿片類藥物導(dǎo)致的呼吸抑制。在動物處于麻醉狀態(tài)時，通過靜脈注射芬太尼，可以檢測到動物的呼吸抑制事件。
3、研究意義
這種生命體征監(jiān)測藥丸能夠準(zhǔn)確測量人體胃腸道內(nèi)的呼吸頻率和心率，包括呼吸暫停事件。研究人員計劃未來的工作將包括采用胃駐留技術(shù)，使設(shè)備在胃中保留一周的時間。此外，他們還計劃開發(fā)閉環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠檢測呼吸暫停事件，還能夠納入按需藥物釋放系統(tǒng)。這樣，該技術(shù)平臺就能夠自動檢測并逆轉(zhuǎn)阿片類藥物過量，從而減少傷害并挽救生命。這也意味著在首次人體研究中收集的數(shù)據(jù)已經(jīng)邁出了驗證加速計測量胃腸道內(nèi)呼吸和心臟信號能力的第一步。
參考文獻(xiàn)：Giovanni Traverso, Victor Finomore, James Mahoney, Justin Kupec, Robert Stansbury, Daniel Bacher, Benjamin Pless, Shannon Schuetz, Alison Hayward, Robert Langer, Ali Rezai. First-in-human trial of an ingestible vitals-monitoring pill. Device, 2023; 1 (5): 100125 DOI: 10.1016/j.device.2023.100125
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