（图片来自原文）
导 语
麻省理工学院的研究人员最近开发了一种新型的可摄入胶囊，用于监测患者胃肠道内的生命体征。这种传感器具有广泛的应用潜力，可以用于非侵入性地监测睡眠障碍，如睡眠呼吸暂停，并且还可以用于检测阿片类药物过量。相关研究结果已经在《Device》期刊上发表。
1、研究背景
多年来，从植入式设备到腕戴式健身监视器，身体佩戴的传感器已经被广泛应用。植入式设备，如自动除颤器和起搏器，在生命支持应用中一直备受青睐，因为外部佩戴的设备可能会被取下或缺乏依从性。然而，由于成本高昂和植入过程的侵入性，可植入装置的可用性受到限制。另外，与呼吸监测相关的是药物过量使用，例如，个人独处时，阿片类药物过量使用会导致呼吸抑制，这可能是致命的或导致缺氧相关的并发症。因此，可摄入设备有可能成为植入式设备的一种易于使用的替代品，具有高依从性，且侵入性和成本要低得多。
2、研究概述
基于功能化导电聚合物的设计，研究团队设计了功能化聚苯胺基时序黏附水凝胶贴片。它可以实现心脏的同步机械生理监测和电耦合治疗，并牢固附着在心脏表面监测心脏的机械运动和电活动。
研究人员利用市售的电子元器件开发了一种可摄入的生命体征监测药丸，能够监测包括呼吸频率和心率在内的生命体征。该药丸采用生物相容性材料包裹着加速度计，在胃肠道中测量每次心跳或呼吸时产生的微小运动。时间戳和加速度计数据存储在设备内存中，并定期传输到外部接收器以进行进一步分析。通过信号隔离和处理技术，可以将蠕动、呼吸和心脏频带分离，从而实现对呼吸间隔和心率等生命体征的测量。
图1：生命体征监测药丸的应用和实例（图片来自原文）
此外，受试者在吞下生命体征监测药丸后，需要进行专业人士指导下的屏气数据收集，以模拟阿片类药物导致的呼吸抑制，并验证摄入设备的功能。受试者被要求在坐姿下正常呼吸 15 秒，然后屏住呼吸 15 秒，交替进行。在此测试期间，检查生命体征监测药丸的数据，结果显示在这些模拟条件下，生命体征监测药丸能够检测到呼吸停止。
图2：生命体征监测药丸的设计和临床前动物表征（图片来自原文）
除了人类屏气和中枢性睡眠呼吸暂停数据外，研究人员还将生命体征监测药丸放置在猪的胃中，以直接检测阿片类药物导致的呼吸抑制。在动物处于麻醉状态时，通过静脉注射芬太尼，可以检测到动物的呼吸抑制事件。
3、研究意义
这种生命体征监测药丸能够准确测量人体胃肠道内的呼吸频率和心率，包括呼吸暂停事件。研究人员计划未来的工作将包括采用胃驻留技术，使设备在胃中保留一周的时间。此外，他们还计划开发闭环系统，该系统不仅能够检测呼吸暂停事件，还能够纳入按需药物释放系统。这样，该技术平台就能够自动检测并逆转阿片类药物过量，从而减少伤害并挽救生命。这也意味着在首次人体研究中收集的数据已经迈出了验证加速计测量胃肠道内呼吸和心脏信号能力的第一步。
参考文献：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
