- 麻省理工學院的工程師設計了一種傳感器來測量消化道內的壓力
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2022/3/29
當食物通過消化道時，沿著消化道收縮的肌肉使食物順暢流動。失去這種動力會導致胃酸倒流、食物無法從胃中排出或便秘。
運動障礙性疾病通常通過包含壓力傳感器的導管來診斷，該傳感器可以感知胃腸道的收縮。麻省理工學院的研究人員現在設計了一種新設備，該設備可以為現有的胃腸道運動障礙診斷提供更便宜且更易于制造的替代方案，其靈感來自古老的印加技術 quipu - 一組用于交流信息的打結繩索。
在動物試驗中，麻省理工學院的研究人員和他們在布萊根婦女醫院的合作者表明，他們的簡單設備是一個充滿液態金屬并多次打結的硅膠管，其產生的測量結果與先進的診斷技術產生的測量結果相似，稱為高分辨率測壓。
Karl van Tassel 的 Giovanni Traverso 說：“這是一個非常簡單、便宜的設置，但我們能夠進行通常需要花費數千美元的設備和復雜得多的儀器的測量。”麻省理工學院機械工程職業發展助理教授，布萊根婦女醫院胃腸病學家，該研究的作者。
麻省理工學院的研究科學家 Kewang Nan 和 Sahab Babaee 是該研究的主要作者，該研究今天發表在Nature Biomedical Engineering上。
診斷運動障礙
胃腸道的收縮對于將食物一直通過胃腸道至關重要，并且在任何時候中斷這些收縮都可能導致健康問題。金標準測壓診斷可用于測量胃腸道肌肉是否正常工作以產生這些波。
“高分辨率測壓儀可以測量收縮波傳播的壓力和速度，但這些系統相當昂貴，在數萬美元的范圍內，并且需要在患者之間進行維護和消毒，” Traverso 說。
Traverso（在秘魯長大）和 Nan 認為 quipu 的印加技術可以指導設計更簡單的診斷方法。Quipu 設備由以不同方式打結的彩色繩索組成，在開發文字之前，印加人和安第斯山脈的其他古代文明就使用它來記錄信息和發送信息。
“我們的目標是制造一種可與現有的、市售的、基于導管的壓力傳感器相媲美的設備，但同時降低成本并使其更易于生產和部署，” Nan 說。
研究人員從一個由硅膠制成的簡單導管開始，他們在導管中填充了鎵-銦共晶（一種少量無毒的液態金屬），并將其兩端密封。在未打結的狀態下，該管可以響應壓力變化，但不夠靈敏，無法檢測胃腸道壓力的變化。
然而，當他們沿管子每隔一段時間引入結時，研究人員發現導管對壓力變化變得更加敏感，并且可以檢測到高達約 200 毫米汞柱的壓力，這大約是人類消化道中看到的高壓力.
正如研究人員使用數值模型所顯示的那樣，增加的靈敏度是由于結拉長了管子的橫截面，使其更容易壓縮。此外，當管子打結時，管子的三個或四個部分相互堆疊，這進一步增強了它對壓力變化的敏感性。
研究人員還表明，壓力敏感性會根據結的類型和系結的緊密程度而有所不同。研究人員說，在消化道中使用時，研究人員使用了間隔約 1 厘米的結，以匹配壓力計中壓力傳感器的間距，但在其他應用中，它們可以更緊密地放置在一起。
在動物模型測試中，研究人員使用受 quipu 啟發的傳感器來測量吞咽食物時食道中的壓力。他們還測量了一種稱為直腸yizhi反射 (RAIR) 的反射。對于這兩項測試，新設備產生的壓力測量值類似于金標準測壓技術。
更簡單的選擇
研究人員還表明，這些設備可以承受高溫，并且可以在高壓滅菌器中進行處理，高壓滅菌器是一種常用的醫療器械，用于對物體進行加熱和壓力消毒。這使它們比現有的測壓導管具有優勢，現有的測壓導管不能進入高壓滅菌器并且進行化學消毒。此外，這些設備的制造成本非常低，如果沒有高壓滅菌器，它們可以在每次使用后丟棄。
“它們的建造速度非常快，而且非常便宜，” Nan 說。“使 GI 壓力計變得便宜和一次性的另一個動機是促進分散診斷。在這里，便宜通過降低成本來促進可及性，而一次性通過消除維護成本和減少使用過程中的并發癥進一步幫助公眾接受。”
受 quipu 啟發的傳感器可用于無法使用當前測壓技術的地方，但也可用于更工業化的地區，作為測壓的更便宜、更易于使用的替代品。
“我認為這種診斷可以廣泛應用于發展中國家和發達國家的環境，”特拉弗索說。“下一步是確定潛在的合作伙伴來幫助我們制造這些產品，然后在患者身上進行測試。”
該文的其他作者包括布萊根婦女醫院胃腸動力主任 Walter Chan；Johannes Kuosmanen，麻省理工學院技術助理；Vivian Feig，麻省理工學院和布萊根婦女學院的博士后；麻省理工學院研究生羅一月；Shriya Srinivasan，麻省理工學院和布萊根婦女學院的博士后；克里斯蒂娜帕特森，麻省理工學院本科生；麻省理工學院和布萊根婦女學院的技術助理 Ahmad Mujtaba Jebran。
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