勃起功能隔绝（ED）是一种常见的性功能隔绝，对自觉夜间勃起的阴茎勃起和硬度进行握续监测关于其会诊和分类至关膺惩。但是丁香网，现时的的临床轨范成就由于其主动机械负载的截止，体积浩大且不成衣服，浓烈打扰勃起，这既影响了监测的可靠性，也缩短了患者的慑服性。
近期，中国科技大学潘挺睿讲授团队开导了一种可衣服自适合硬度监测（wearable adaptive rigidity monitoring，WARM）系统，该系统招揽无主动负载的测量旨趣，通过额外绸缪的弹性双环传感器来评估阴茎勃起和硬度。这种双环传感器由两个具有不同弹性模量的应变感测环构成，提供了高分辨率（0.1%）、坚固的机械和电气牢固性（可握续跨越1000个周期）以及壮健的抗打扰才气。一个集成的柔性印刷电路（FPC）聚集和处理感测信号，然后通过蓝牙将信号传输到主机电脑进行ED评估。此外，该系统便于在夜间勃起测试时候同期进行睡觉监测，握续评估阴茎勃起，同期最小化打扰夜间勃起的才气。该系统提供了一个弥散集成、可衣服的处置决议，用于连气儿、精准且患者友好的测量阴茎勃起和硬度。该职责以题为“A wearable adaptive penile rigidity monitoring system for assessment of erectile dysfunction”的论文发表在最新一期Nature配合期刊《Microsystems & Nanoengineering》上。
阴茎勃起硬度测量旨趣和WARM系统
开头将WARM系统的职责旨趣与泛泛招供的临床成就RigiScan进行比较。RigiScan用于评估阴茎勃起和硬度的旨趣基于动态机械测量。具体来说，评估的勃起反馈了勃起历程中阴茎周长的变化，评估的硬度反馈了在已知压缩力下反抗径向变形的才气，如图1a所示。不错不雅察到，RigiScan在切线方进取施加拉伸力。这么的切向拉伸然后不错迁移为径向压缩，从而编削阴茎的径向状貌，并测量相应的周长。为了实验这么的测量，RigiScan招揽两步历程。当先，如期施加一个关心的参考负载（Tr）来测量阴茎的周长（Dr），而不会引起阐明的变形。当检测到阴茎周长的显赫变化时，RigiScan成就然后不错施加一个更刚劲的压缩负载（Tm），同期连气儿评估相应的周向位移（Dr-Dm），从而不错信托径向硬度（S）为S = (Tm-Tr)/(Dr-Dm)。因此，系统绸缪中必须包含一个带有高精度长度测量单位的天真加载组件，这增多了系统的复杂性并截止了其在临床环境中的使用。
图1b展示了WARM系统的暗意图，该系统绸缪用于监测阴茎勃起。可衣服传感成就提供阴茎硬度和勃起的及时信息，通过蓝牙模块即时传输到挪动成就，便于大夫进行更精准的分析和会诊。如图1c所示，系统由三个主要部分构成：一个精准且牢固的双环传感器，由两个具有不同弹性模量的感应单位构成，即参考环和测量环。具体来说，具有不同弹性模量的柔性双环传感器不错自适合地施加不同级别的负载到阴茎上，并将周向数据迁移为电容输出。传感器通过轨范联接器可逆地联接到FPC板上，便于电容检测模块获取信号。随后，微胁制器单位（MCU）对阴茎硬度和勃起进行及时评估。图1d展示了WARM系统的原型，其具有比RigiScan更紧凑的尺寸、松开的分量和简化的绸缪。双环要津允许弹性传感器同期施加径向压缩并提供连气儿的周向测量。
图1. 可衣服自适合刚度监测（WARM）系统。
弹性双环传感器的绸缪、优化和表征
图2a展示了弹性双环传感器的平面布局，该传感器由参考环和测量环构成，两者均基于平行板电容旨趣进行应变测量。平行板感应架构已被发挥在连气儿测量中具有高度机械和电学牢固性。它被绸缪为一个7层的结构拼装，其中整个层均由高弹性团员物材料制成，导电层老是被相邻的绝缘层离隔。测量中间导电层与两个外部层之间的电容，以评估阴茎勃起和硬度。这种结构绸缪还通过加倍电容肖似面积增多了运转电容和成就贤惠度。导电层不错使用高导电性和弹性的离子凝胶或商用的可拉伸导电银浆制成，而保护和介电层不错用现成的硅橡胶制成。由于弥散灵活的绸缪，传感器的全体结构不错在莫得机械断裂的情况下承受挫折和拉伸（图2b）。
信托双环传感器最好几何参数，包括介电层厚度和电极层宽度，需要容许绸缪旨趣的具体机械和电气条目。此外，遴选适合每个层的材料亦然至关膺惩的。经过评估，作家遴选了200微米的介电层厚度。这种厚度在贤惠度和可靠性之间提供了最好的均衡，如图2c所示，贤惠度和运转电容分别为95.86 pF和1.26 pF/mm。此外，为了在阴茎周长测量中达到所需的精度，传感器必须在0.1毫米的变形下展现出显赫且牢固的电容变化，这大要对应于传感器应变的0.1%。如图2d所示，电极宽度为5毫米和7毫米的样品在0.1毫米变形下炫夸出牢固的电容增多，分别为0.172 pF和0.258 pF。
信托了传感器的几何尺寸后，遴选合适的材料以确保机械性能容许绸缪条目是至关膺惩的。作家准备了具有不同弹性模量的硅橡胶样品并进行了测试。如图2e所示的测试效能标明，不同硅橡胶样品的最大拉伸负载有较大相反，范畴从0.248 N到2.590 N。笔据双环传感器的绸缪旨趣，Ecoflex 0020和Dragon Skin 30分别被选为参考环和测量环的绝缘层材料。具体来说，Ecoflex 0020和Dragon Skin 30展现出最小和最大的弹性模量，最大拉伸负载分别为0.248 N和2.590 N，均低于绸缪的上限。此外，离子凝胶和导电银浆皆四肢电极层材料进行了测试丁香网，并在1000次拉伸轮回后保握了雅致的导电性；因此，这两种材料皆适配合为电极层。离子凝胶易于制备，老本效益高，且透明，而导电银浆具有较低的电阻。有了这些用于绝缘和电极层的材料遴选，双环传感器在机械性能、率领舒步融合电导率方面容许了绸缪条目。
优化后，双环传感器被制造并进行表征，以评估其机械和电气性能。图2b展示了使用离子凝胶和导电银浆制造的传感器的光学图像。图2f炫夸了参考环和测量环的电容-周向位移和张力-周向位移响应。即使在被绸缪的最大周向位移37毫米拉伸时，参考环和测量环不雅察到的最大拉伸力分别为0.365 N和2.528 N，这低于RigiScan的1.11 N和2.78 N。这么不错减少测量负载以减少对勃起的打扰。此外，双环传感器的自适合负载更成心于连气儿且不易察觉地监测阴茎硬度和勃起。
图2g展示了使用测量环的传感器在1毫米变形的道路变化下的电容和张力纪录。效能标明，传感器的电容和拉伸负载跟着每个小的变形而发生显赫变化，并在指定的握续时候内保握牢固。在图2h中，比较了五个志愿者在非构兵和构兵气象下的测量环的运转电容。运转电容值炫夸出轻微相反（低于0.33 pF），这标明不同患者引起的寄生电容变化不会显赫影响传感器的本色测量。通过在两个环上进行拉伸轮回测试，评估了弹性双环传感器的重复性。图2i展示了测量环和参考环一致的机械和电学性能，经过1000次轮回后莫得阐明的基线漂移。
图2. 双环传感器的绸缪和表征。
WARM系统的可行性测试以及阴茎勃起评估
作家开导了一个阴茎勃起模拟器，以有用地表征WARM系统。它允许对可膨胀阴茎模子的硬度和勃起进行牢固且可编程的调整，提供了一个轨范化的测试平台来评估WARM系统。图3a展示了这个模拟器，它包括一个可膨胀的阴茎模子，一个用于曲折调整模子硬度和周长的流量胁制器，以及配备相应胁制软件的揣测机。阴茎模子是一个商用空腹圆形圆柱，由弹性硅胶制成，反馈了跟着海绵体内压力变化的阴茎硬度和勃起的生理特征。通过调治其里面压力，不错灵活地胁制模子的硬度和勃起。联接压力胁制单位（即流量胁制器）后，不错通过揣测机编程对模子的硬度和勃起进行精准调整。
图3c展示了在变化的里面压力下，从WARM系统和RigiScan在阴茎模子上赢得的硬度测量效能的比较。RigiScan连气儿监测勃起的才气较差，而比较之下，由于弹性双环传感器施加的适合性拉伸负载，WARM系统在模子里面压力低于20毫米汞柱时，保握低于1牛顿的拉伸负载进行硬度测量。这种适合性使得WARM系统能以患者友好的形态连气儿监测阴茎硬度，而不需要弥散勃起。
图3d中两个系统硬度测量效能的线性回顾分析炫夸出了高度的一致性，有筹备数为0.98。这是因为WARM系统和RigiScan皆招揽了通常的径向硬度界说和揣测公式。但是，它们的测量旨趣不同：WARM系统使用弹性双环测量，而RigiScan招揽传统的一步力-位移历程。为了模拟本色勃起监测历程中的阴茎勃起-消退历程，阴茎模子经验了屡次不同握续时候的充气和放气轮回。RigiScan和WARM系统同期监测这个历程，效能如图3e所示。
图3. WARM系统的可行性测试。
志愿者临床测试
为了进一步评估WARM系统在监测勃起和会诊ED中的临床实用性，作家招募了两名志愿者进行AVSS和NPTR测试。当今，AVSS和NPTR测试四肢永诀情态性和器质性ED的两个主要会诊要津，因为它们具有非侵入性和客不雅性。AVSS测试的效能如图4a所示。不错不雅察到，在2分钟的视听刺激后，阴茎的勃起和硬度显赫增多，标明发生了勃起。这种勃起握续到第22.5分钟，随后勃起和硬度的慢慢着落，标明勃起结束。比较分析炫夸，WARM系统提供了超卓的阴茎勃起气象及时追踪，比RigiScan系统提供了更精准的周向评估和高精度的硬度测量。
夜间阴茎勃起是一种平时的生理征象，频繁发生在快速眼动（REM）睡觉时候。为了证据WARM系统在最小化对睡觉和夜间勃起打扰方面的才气，第二名志愿者当先在三晚上的睡觉时候连气儿率领Fitbit进行监测。在第四个晚上，他被汇报同期率领Fitbit和WARM系统进行长入的NPTR-睡觉评估（图4c）。Fitbit是一种在医学研讨中常用的可衣服睡觉监测器，提供了睡觉阶段的检测。如图4d所示，数据炫夸，使用WARM系统并不会影响睡觉质料，因为深睡觉或REM阶段的时候莫得不雅察到减少，同期流露阶段的时候也莫得增多。图4e提供了睡觉数据和NPTR效能的瞩目分析，隆起炫夸了阴茎周长增多跨越6毫米或硬度跨越60%的区域。比较效能考据了WARM系统监测NPTR的可靠性。在七小时的NPTR监测时候，WARM系统展现了高保真度和精准性，对勃起的打扰最小，从而增强了其在会诊ED中的临床价值。
图4. 使用WARM系统进行握续阴茎勃起评估的志愿者测试 。
小结
该研讨开导了一种可衣服自适合硬度监测（WARM）系统，简略连气儿监测阴茎硬度和勃起以用于临床ED会诊。具体来说，作家提倡了一种差分弹性测量旨趣，通过使用双环法来替代传统的两步力-位移历程。这种要津允许通过额外绸缪的弹性双环传感器来评估阴茎勃起，处置了与机械畅通部件有关的测量可靠性和患者慑服性的挑战。该双环传感器由两个具有不同弹性模量的应变感测环构成，提供了高分辨率（0.1%）、坚固的机械和电气牢固性（可握续跨越1000个周期）和壮健的抗打扰才气。一个集成的柔性印刷电路（FPC）及时聚集和处理传感器信号，并通过蓝牙将它们传输到终局进行ED评估。为了考据WARM系统的可靠性，作家通过对阴茎模子和东谈主类受试者进行实验，与RigiScan进行了瞩见解比较。研讨发现，WARM系统不错老到地监测阴茎硬度和勃起，提供的准确性可与轨范临床成就（R2 > 0.98）相比好意思，同期确保对勃起的打扰最小。该系统提供了一个弥散可衣服、集成的处置决议，以连气儿、准确且患者友好的形态测量阴茎硬度和勃起，可能在ED的临床会诊中带来更可靠和通俗的效能。
建议转给需要的伯仲，作念到早发现早诊治
最新一本道著述长入:https://www.nature.com/articles/s41378-024-00721-5
来源：高分子科学前沿
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