中国科学技术大学潘挺睿团队开发出阴茎硬度监测系统，可用于评估勃起功能障碍

勃起功能障碍（ED）是一种常见的性功能障碍类型，在夜间自发勃起时持续监测阴茎的勃起和硬度对其诊断和分类至关重要。然而，目前的临床标准装置受其主动机械负荷的限制，体积庞大，不可穿戴，严重干扰勃起，这损害了监测的可靠性和患者的依从性。

2024年9月20日，中国科学技术大学潘挺睿团队在Microsystems & Nanoengineering 在线发表题为“A wearable adaptive penile rigidity monitoring system for assessment of erectile dysfunction”的研究论文，该研究报告了一种可穿戴的自适应刚度监测（WARM）系统，该系统采用无主动负载的测量原理，允许通过专门设计的弹性双环传感器评估阴茎勃起和刚度。

双环传感器，包括两个具有不同弹性模量的应变传感环，提供高分辨率（0.1%），强大的机械和电气稳定性（维持超过1000个周期），以及强抗干扰性。集成柔性印刷电路（FPC）收集和处理传感信号，然后通过蓝牙传输到主机进行ED评估。此外，研究人员使用阴茎模型和健康志愿者对照临床标准装置验证了WARM系统，获得了高一致性。此外，该系统有助于在夜间勃起测试期间对阴茎勃起进行连续评估，同时监测睡眠，证明其能够最大限度地减少对夜间勃起的干扰。总之，WARM系统提供了一个完全集成的、可穿戴的解决方案，用于连续、精确和患者友好的阴茎勃起和硬度测量，可能提供比现有技术更可靠和更容易获得的结果。

勃起功能障碍（ED）是最常见的男性性功能障碍之一，其特征是无法达到或维持足够的阴茎勃起和硬度以满足性活动。ED会严重影响患者及其家属的情绪健康质量。值得注意的是，它也是未来心血管疾病（CVD）的新兴标志物。近年来，由于环境污染、饮食习惯改变以及COVID-19大流行的影响等因素，全球ED发病率显著增加。预计到2025年，全球发病率将达到3.2亿例。临床上，ED主要分为器质性和心理性两种类型。前者通常由生理因素引起，包括海绵体、神经系统、分泌系统，尤其是心血管系统的异常或损伤。后者与抑郁、精神压力和环境因素有关。这两种不同类型的ED需要完全不同的治疗方法，暴露出不同的健康风险。因此，准确诊断ED并明确其病因对疾病管理和心血管疾病早期预警至关重要。

目前，ED诊断的金标准是夜间阴茎勃起和硬度（NPTR）测试，该测试监测快速眼动（REM）睡眠中自发勃起事件时阴茎的硬度和勃起。NPTR测试旨在消除心理因素对勃起功能的干扰，从而有助于ED的准确诊断和病因的鉴别。在临床上，RigiScan设备于20世纪80年代推出，已成为广泛认可的NPTR检测的无创监测标准。通常，在NPTR测试期间，患者被指示在医院睡觉时佩戴RigiScan阴茎环。当他们睡觉时，该装置的扭矩马达以短间隔交替拉伸阴茎环（即每分钟四次），允许对患者夜间自发勃起事件进行持续监测和评估。

然而，由于其动态机械测量原理，RigiScan严重依赖复杂的机械控制来周期性地驱动扭矩电机，这给其临床应用带来了一些挑战。值得注意的是，RigiScan设备的主要限制是其扭矩电机和机械控制系统的尺寸和重量。这些因素限制了减少设备整体尺寸和重量的潜力，使其在可穿戴性方面不合适，并限制了其主要用于医院环境。此外，扭矩马达的周期性运行会产生明显的运行噪音，并对阴茎施加高达2.78 N （10 ozf）的相当大的拉伸力。这种限制可能导致患者不适并干扰夜间自发勃起，这增加了误诊的风险，降低了患者在NPTR测试期间的依从性，潜在地损害了临床准确性和有效性。

可穿戴自适应硬度监测（WARM）系统（图源自Microsystems & Nanoengineering ）

近年来，柔性电子技术的重大进步推动了可穿戴医疗设备的快速发展，为患者提供更方便、舒适的医疗服务成为可能。然而，在ED诊断领域，关于这一主题的研究仍然很少。例如，Yoon和他的团队以及Jo和他的团队已经独立使用柔性传感器来测量阴茎勃起；然而，这些研究没有评估阴茎硬度。在另一项研究中，Bhagat和他的团队使用柔性应变传感器评估了阴茎的硬度，但不幸的是，由于缺乏对测量的理论分析，他们的工作仅限于定性研究。因此，仍然需要一种精确、可靠、对患者友好的方法来同时测量阴茎勃起和硬度。

该研究报告了第一个可穿戴的自适应硬度监测（WARM）系统，该系统旨在连续测量阴茎硬度和勃起，用于临床ED评估，同时最大限度地减少对勃起的干扰。为了实现这些功能，研究人员引入了一种新的微分弹性测量原理，称为双环法，以取代传统的两步力-位移过程，从而解决测量可靠性和患者依从性与周期性机械载荷相关的挑战。具体而言，双环法采用高弹性双环传感器实现，该传感器由两个具有不同弹性模量的应变传感环组成。一个具有低弹性模量的环用于校准阴茎周长，而另一个具有高弹性模量的环用于评估阴茎在径向压缩下抵抗变形的能力。

志愿者使用WARM系统进行连续阴茎勃起评估（图源自Microsystems & Nanoengineering ）

该传感器具有7层平行板结构，每层由弹性聚合物材料组成，具有高空间分辨率（0.1%），强大的机械和电气稳定性（超过1000次拉伸循环）和强抗干扰性。集成柔性印刷电路（FPC）实时采集和处理传感器信号，并通过蓝牙传输到上位机进行显示和ED评估。此外，WARM系统在阴茎模型和健康志愿者上进行了验证和表征，显示出与金标准相当的高测量精度（R2 > 0.98）。此外，研究人员通过持续监测健康志愿者在视听性刺激（AVSS）和夜间阴茎勃起和硬度（NPTR）测试期间的阴茎勃起，证明了WARM系统的临床实用性，后者伴随着睡眠阶段的评估。实验结果强调了该系统能够最大限度地减少对夜间勃起的干扰。总之，WARM系统提供了一个完全集成的、可穿戴的解决方案，可以连续、准确、对患者友好地测量阴茎硬度和勃起，用于临床级ED评估，可能比现有技术更可靠、更容易获得诊断结果。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41378-024-00721-5