用于實時監(jiān)測吞咽和呼吸的機械聲學(xué)傳感器

吞咽是一種復(fù)雜的神經(jīng)肌肉活動，由自主神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)。當(dāng)前，數(shù)百萬成年人正面臨吞咽困難（吞咽障礙）的困擾，包括患有神經(jīng)系統(tǒng)疾病、頭頸部癌癥、胃腸疾病和呼吸系統(tǒng)疾病的患者。

吞咽困難的治療包括語言病理學(xué)的干預(yù)治療，旨在通過訓(xùn)練患者在呼吸周期的呼氣階段以足夠的頻率進行吞咽，從而改善吞咽機制。但是，此類治療方法通常需要大型且昂貴的設(shè)備來同步記錄吞咽和呼吸活動，而且僅限于在臨床環(huán)境中使用。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，美國西北大學(xué)（Northwestern University）、韓國濟州大學(xué)（JeJu National University）、新加坡國立大學(xué)（National University of Singapore）和韓國科學(xué)技術(shù)院（Korea Advanced Institute of Science and Technology）等機構(gòu)的研究人員共同提出一種專門用于實時監(jiān)測吞咽和呼吸的機械聲學(xué)傳感器，能夠通過皮膚表面監(jiān)測運動和振動過程，實現(xiàn)對人體吞咽和呼吸的連續(xù)機械聲學(xué)跟蹤。該設(shè)備具有實時數(shù)據(jù)分析和獨立可選無線模塊的用戶界面，支持視覺和觸覺反饋，可用于吞咽障礙患者的治療，具有巨大的應(yīng)用潛力。相關(guān)研究成果已發(fā)表于npj Digital Medicine期刊。

該設(shè)備系統(tǒng)利用兩個慣性測量單元（IMU）差分配置，分別連接到頸部和上胸部，該結(jié)構(gòu)可以優(yōu)化相關(guān)組件的信號強度，并消除運動偽影的混雜影響?；谌珶o線系統(tǒng)和相關(guān)分析算法，該設(shè)備能夠連續(xù)檢測不同體型受試者的吞咽活動和呼吸相位模式。具體而言，該機械聲學(xué)傳感器通過監(jiān)測從頸部和相鄰區(qū)域兩個不同位置的皮膚表面捕獲的運動，獲取吞咽和呼吸相位特征，通過無線方式將數(shù)據(jù)同步傳輸至便攜式電子設(shè)備（如智能手機或平板電腦），實時的數(shù)據(jù)分析界面和可選的觸覺模塊可支持視覺和觸覺反饋。

設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理、用戶界面和代表性檢測數(shù)據(jù)

吞咽涉及到口腔、咽、食管結(jié)構(gòu)的快速和重疊運動的相互協(xié)調(diào)，每一種結(jié)構(gòu)都隨著年齡、性別、吞咽量、解剖特征和其他因素發(fā)生變化。研究人員通過對健康受試者（不同年齡、性別）和患有慢性阻塞性肺?。–OPD）、頭頸部癌癥和帕金森?。≒D）引起的吞咽困難患者進行研究，證明了該設(shè)備在臨床研究和家庭環(huán)境中的廣泛適用性，對吞咽困難患者的治療具有指導(dǎo)作用。該設(shè)備的差分傳感模式使其在日?；顒又幸材芊€(wěn)定運行。研究表明，在進食、飲水和間歇性無意識吞咽唾液時仍能檢測到吞咽信息，靈敏度為89.6%，準(zhǔn)確度為87.8%。

同時檢測吞咽和呼吸周期

用于日常活動中呼吸周期和吞咽活動檢測的差分傳感

該設(shè)備系統(tǒng)包含用于識別吞咽活動和相應(yīng)呼吸相位的簡單算法，在適度的計算負載下可以提供出色的計算反饋，從而實現(xiàn)在便攜式電子設(shè)備上進行可靠、實時的分析。實時的視覺和觸覺反饋為吞咽困難患者的治療提供了額外的價值，作為臨床應(yīng)用的一個成功案例，該設(shè)備和相關(guān)算法有望擴展到更多需要持續(xù)反饋和訓(xùn)練的潛在應(yīng)用。

實時吞咽檢測和觸覺反饋

該項技術(shù)能夠有效監(jiān)測吞咽困難患者的吞咽功能，并為增強傳統(tǒng)康復(fù)方法提供實用的技術(shù)基礎(chǔ)。隨著進一步的臨床實驗和研究，未來將在治療和護理吞咽困難患者方面發(fā)揮更大的應(yīng)用價值。

審核編輯：郭婷