麻省理工学院的工程师设计了一种传感器来测量消化道内的压力

当食物通过消化道时，沿着消化道收缩的肌肉使食物顺畅流动。失去这种动力会导致胃酸倒流、食物无法从胃中排出或便秘。

运动障碍性疾病通常通过包含压力传感器的导管来诊断，该传感器可以感知胃肠道的收缩。麻省理工学院的研究人员现在设计了一种新设备，该设备可以为现有的胃肠道运动障碍诊断提供更便宜且更易于制造的替代方案，其灵感来自古老的印加技术 quipu - 一组用于交流信息的打结绳索。

在动物试验中，麻省理工学院的研究人员和他们在布莱根妇女医院的合作者表明，他们的简单设备是一个充满液态金属并多次打结的硅胶管，其产生的测量结果与先进的诊断技术产生的测量结果相似，称为高分辨率测压。

Karl van Tassel 的 Giovanni Traverso 说：“这是一个非常简单、便宜的设置，但我们能够进行通常需要花费数千美元的设备和复杂得多的仪器的测量。”麻省理工学院机械工程职业发展助理教授，布莱根妇女医院胃肠病学家，该研究的作者。

麻省理工学院的研究科学家 Kewang Nan 和 Sahab Babaee 是该研究的主要作者，该研究今天发表在Nature Biomedical Engineering上。

诊断运动障碍

胃肠道的收缩对于将食物一直通过胃肠道至关重要，并且在任何时候中断这些收缩都可能导致健康问题。金标准测压诊断可用于测量胃肠道肌肉是否正常工作以产生这些波。

“高分辨率测压仪可以测量收缩波传播的压力和速度，但这些系统相当昂贵，在数万美元的范围内，并且需要在患者之间进行维护和消毒，” Traverso 说。

Traverso（在秘鲁长大）和 Nan 认为 quipu 的印加技术可以指导设计更简单的诊断方法。Quipu 设备由以不同方式打结的彩色绳索组成，在开发文字之前，印加人和安第斯山脉的其他古代文明就使用它来记录信息和发送信息。

“我们的目标是制造一种可与现有的、市售的、基于导管的压力传感器相媲美的设备，但同时降低成本并使其更易于生产和部署，” Nan 说。

研究人员从一个由硅胶制成的简单导管开始，他们在导管中填充了镓-铟共晶（一种少量无毒的液态金属），并将其两端密封。在未打结的状态下，该管可以响应压力变化，但不够灵敏，无法检测胃肠道压力的变化。

然而，当他们沿管子每隔一段时间引入结时，研究人员发现导管对压力变化变得更加敏感，并且可以检测到高达约 200 毫米汞柱的压力，这大约是人类消化道中看到的高压力.

正如研究人员使用数值模型所显示的那样，增加的灵敏度是由于结拉长了管子的横截面，使其更容易压缩。此外，当管子打结时，管子的三个或四个部分相互堆叠，这进一步增强了它对压力变化的敏感性。

研究人员还表明，压力敏感性会根据结的类型和系结的紧密程度而有所不同。研究人员说，在消化道中使用时，研究人员使用了间隔约 1 厘米的结，以匹配压力计中压力传感器的间距，但在其他应用中，它们可以更紧密地放置在一起。

在动物模型测试中，研究人员使用受 quipu 启发的传感器来测量吞咽食物时食道中的压力。他们还测量了一种称为直肠yizhi反射 (RAIR) 的反射。对于这两项测试，新设备产生的压力测量值类似于金标准测压技术。

更简单的选择

研究人员还表明，这些设备可以承受高温，并且可以在高压灭菌器中进行处理，高压灭菌器是一种常用的医疗器械，用于对物体进行加热和压力消毒。这使它们比现有的测压导管具有优势，现有的测压导管不能进入高压灭菌器并且进行化学消毒。此外，这些设备的制造成本非常低，如果没有高压灭菌器，它们可以在每次使用后丢弃。

“它们的建造速度非常快，而且非常便宜，” Nan 说。“使 GI 压力计变得便宜和一次性的另一个动机是促进分散诊断。在这里，便宜通过降低成本来促进可及性，而一次性通过消除维护成本和减少使用过程中的并发症进一步帮助公众接受。”

受 quipu 启发的传感器可用于无法使用当前测压技术的地方，但也可用于更工业化的地区，作为测压的更便宜、更易于使用的替代品。

“我认为这种诊断可以广泛应用于发展中国家和发达国家的环境，”特拉弗索说。“下一步是确定潜在的合作伙伴来帮助我们制造这些产品，然后在患者身上进行测试。”

该文的其他作者包括布莱根妇女医院胃肠动力主任 Walter Chan；Johannes Kuosmanen，麻省理工学院技术助理；Vivian Feig，麻省理工学院和布莱根妇女学院的博士后；麻省理工学院研究生罗一月；Shriya Srinivasan，麻省理工学院和布莱根妇女学院的博士后；克里斯蒂娜帕特森，麻省理工学院本科生；麻省理工学院和布莱根妇女学院的技术助理 Ahmad Mujtaba Jebran。

若本文收录的图片文字侵犯了您的权益，请邮件联系我们，我们将在24小时内予以删除。