便携式摩擦电传感器用于透析患者动静脉瘘监测的创新研究

为解决动静脉瘘(AVF)并发症监测的临床难题，研究人员开发了一种基于摩擦电传感器(T-ICG)的便携设备，通过同步采集摩擦电阻抗心动图(T-ICG)和心电图(ECG)信号，实现了对AVF狭窄(20%-60%)的形态学分析。该设备无需多电极系统，通过分析B点斜率(d2Z/dt2)与狭窄程度的线性关系(R2=0.98)，为血液透析患者提供了创新监测方案。

　　

慢性肾脏病(CKD)患者依赖血液透析维持生命，而动静脉瘘(AVF)作为"生命线"却面临狭窄、血栓等并发症威胁。目前金标准数字减影血管造影(DSA)存在辐射伤害、设备稀缺等问题，多普勒超声(DUS)虽常用但依赖专业操作。更棘手的是，34%-50%的AVF失功由未被及时发现的狭窄导致，每年给全球医疗系统带来沉重负担。在此背景下，意大利卡拉布里亚大学等机构的研究团队独辟蹊径，将摩擦电效应与阻抗心动图(ICG)原理结合，开发出可穿戴监测方案。

研究采用三大关键技术：1) 基于聚偏氟乙烯(PVDF)/聚酰亚胺的摩擦电传感器，通过接触起电原理捕获血流加速度信号；2) 聚二甲基硅氧烷(PDMS)/多壁碳纳米管(MWCNTs)复合干电极实现ECG同步采集；3) 计算流体动力学(CFD)模型模拟不同狭窄程度(70%/90%)的血流特征。临床验证纳入48例血液透析患者(含16例狭窄病例)，通过超声检测结果标定。

材料与方法
团队设计2.5×2cm²的传感器：50μm厚聚酰亚胺层覆盖24μm银镀PVDF膜，通过手指接触形成闭合回路。信号经60dB增益放大器和10Hz低通滤波处理。PDMS/MWCNTs干电极采用旋涂工艺制备，阻抗分析显示20-100Hz频段电容特性显著。

结果与讨论
3.1 电学特性
PVDF薄膜在1Hz下展现0.47μC/m²剩余极化强度，MWCNTs使电极阻抗降低90%。血流加速产生的摩擦电流遵循I_s=εε₀Aξ(η^-1L^-1)ΔP公式。

3.2 功能验证
桡动脉信号幅度(96±25cm/s)超颈动脉26±6cm/s，因浅表位置增强耦合效率。同步ECG-TICG采集实现B点定位，狭窄患者81%呈现特征性"凹口"形态。

3.3 有限元分析
70%狭窄模型显示血流加速度峰值下降47%，90%狭窄产生明显湍流。B点斜率与狭窄程度在20%-60%区间呈线性相关(R²=0.98)。

3.4 临床验证
狭窄组d²Z/dt²在B-C区间斜率较对照组高3.2倍(p<0.01)。值得注意的是，<34%狭窄未引起显著信号改变，这与临床界定50%为干预阈值的特点相符。

该研究开创性地将摩擦电效应应用于血管功能评估，其价值体现在：1) 摆脱传统ICG对电流注入的依赖；2) 通过B点形态学改变实现无创筛查；3) 3D打印外壳(13×7×4.5cm³)便于床旁使用。尽管在<20%狭窄检测中存在局限，但为血液透析中心的日常监测提供了革新工具。未来或可通过机器学习优化B点自动识别，进一步提升筛查效率。论文发表于《Sensors International》，为生物医学传感领域树立了多学科交叉研究的典范。