新方法新器械！上海交通大学在睡眠期间可穿戴实时鼻周期监测取得重大进展

导读：鼻周期（Nasal Cycle, NC）鼻周期是一种人体左右鼻甲黏膜交替收缩和扩张的自然生理现象，在调节鼻腔气流、呼吸防御、缓解夜间疲劳以及防止睡眠呼吸疾病方面发挥着重要作用。然而，迄今为止，尚缺乏有效的可穿戴连续实时监测手段来深入研究这一现象。

8月22日，来自上海交通大学医学院附属第六人民医院耳鼻咽喉头颈外科、上海市睡眠呼吸障碍疾病重点实验室的苏开明教授与上海交通大学集成电路学院微米纳米加工技术全国重点实验室杨卓青教授，合作在国际知名期刊《European Archives of Oto-Rhino- Laryngology》上发表研究论文，题为“Real-time observation of nasal cycle during sleep with polysomnography”，该研究中，将课题组开发的超柔细可穿戴呼吸监测系统与标准的多导睡眠图检查相结合，开创性实现了睡眠期间连续实时鼻周期的测定，为睡眠医学、鼻科学以及呼吸领域的研究带来了新的方法和重大进展。该研究的目标是通过高精度的超柔细可穿戴呼吸监测系统，在睡眠过程中实时获取左右鼻腔的气流变化数据，并将其与传统的睡眠结构数据进行综合分析。研究发现，鼻周期的波动与睡眠分期的变化存在显著关联，这一发现为理解睡眠质量和呼吸系统功能提供了新的线索，也为相关领域的科学研究和临床应用提供了新的视角。

https://link.springer.com/article/10.1007/s00405-024-08812-9

背景知识

01

鼻周期（NC）最早在1895年由Kayser描述，即左右鼻腔的交替通气现象，是一种普遍的生理现象，但其在睡眠期间的表现和影响一直未得到充分研究。NC 是一个连续的动态生理过程，而通常采用的传统方法，如前鼻镜检查、鼻测压法和声学鼻测量法，通常涉及每隔一段时间进行离散测量，然后生成散点图来模拟 NC 的动力学。然而，此类方法存在稳定性差、精度不足、无法穿戴以及难以时间连续监测等问题。因此，研究人员迫切需要建立并采用一种灵活的可穿戴呼吸监测系统，能够对鼻周期进行实时连续的记录，结合睡眠结构数据进行综合分析，进一步了解其在睡眠期间的表现和与睡眠的交互作用。

利用可穿戴睡眠呼吸监测系统测量正常成年人的鼻周期

02

研究团队采用了一种创新的超柔细可穿戴呼吸监测系统，成功对30名健康成年人在睡眠期间的鼻气流信号进行了长时间、双通道、高精度的连续监测。该系统与标准多导睡眠图（PSG）相结合，并同步记录受试者的体位变化、血氧饱和度及脑电波等信号。可穿戴呼吸监测系统中采用可介入鼻腔内的超柔细微纳传感器，通过将传感器以类似创可贴的方式贴附在鼻孔下部嘴唇上方，可实现在鼻腔内相对稳定的环境下对睡眠呼吸数据的实时长程连续采集。

超柔细可穿戴呼吸监测系统与多导睡眠联用进行整夜长时间连续监测

监测到的典型鼻周期 (NC). 棕色线：右侧鼻气流信号；绿色线：左侧鼻气流信号，红色点：NC转换时刻；下图为同时对照的夜间睡眠分期图

鼻周期转换通常发生在REM期

03

此次研究结果显示，鼻周期的转换主要发生在睡眠期间，尤其是在睡眠分期中的快速眼动期（REM期），占比高达68.4%。相比之下，其他睡眠阶段（如N1、N2、N3）中发生鼻周期转换的比例则相对较低。

鼻周期（NC）在不同睡眠分期阶段发生转换的次数统计

NC转换和身体位置变化之间未见明确的相关性

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虽然一些研究曾提出睡眠期间体位的变化可能会影响鼻周期转换，但本研究通过分析鼻周期转换点与最近体位变化点之间的时间间隔发现，鼻周期的转换与体位变化之间无显著的相关性，大多数情况下两者相隔超过了30分钟，且前后顺序无明显规律。

该图显示了39个鼻周期转换点和最邻近的体位变化点：其中22个时差超过30分钟，19个发生于体位变化之前，20个发生于之后。提示鼻周期和体位变化不存在直接关系

研究小结

05

通过长时可穿戴睡眠呼吸监测设备，研究者成功实现了对睡眠时鼻周期的连续实时测量，并且发现鼻周期的转换主要发生在REM期。然而，鼻周期转换与体位变化之间的关系仍需进一步研究验证。这一研究成果不仅有助于进一步揭示鼻周期对睡眠质量的影响，还可能为睡眠呼吸障碍，甚至脑科学和神经系统等相关疾病提供新的诊断方法。未来，随着技术的不断进步和应用推广，这种实时监测手段可能会在临床实践中得到更广泛的应用。

关于超柔细可穿戴呼吸监测系统

06

本研究共同通讯作者杨卓青教授团队所研发的超柔细可穿戴呼吸监测系统，依托于团队自研的三维曲面光刻设备进行加工制造，能够实现在约百微米直径的超细基底上进行MEMS微纳传感器的原位制作，极高的加工精度能够确保传感具有超高的灵敏度和良好的性能，同时超细的传感器结构（约3根头发丝粗细）也可以让佩戴者在鼻腔内连续长时间穿戴过程中保持足够的舒适性。目前，该可穿戴呼吸监测系统已发展到第二代样机产品，能够实现呼吸信号波形在移动设备端的无线实时显示，并精确反映佩戴者呼吸的频率、强度以及吸/呼气时长等信息，整体样机尺寸相比前一代减小约四分之三的体积。

该呼吸监测系统不仅可在夜晚睡眠期间监测各种呼吸暂停、低通气等疾病状况，未来还可以通过研究鼻周期转换与睡眠分期、脑电信号等之间的关系来分析诊断相关的精神类疾病。此外，该系统也可在日常佩戴过程中精确采集人体的呼吸信号，如运动过程中的呼吸状态变化，麻醉苏醒过程中呼吸信号的实时监测，以及瑜伽/冥想/太极等锻炼中微弱气息的变化等。相信在未来随着产品技术的进一步迭代，该超柔细可穿戴呼吸监测系统将进一步缩小体积、降低成本、优化穿戴体验，实现在医疗和消费市场等领域的广泛应用。

超柔细可穿戴呼吸监测系统在日常生活和运动过程中的佩戴

超柔细可穿戴呼吸监测系统第二代样机（V 2.0）

参考资料：

[1]https://link.springer.com/article/10.1007/s00405-024-08812-9

[2]https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10163891

[3]https://ieeexplore.ieee.org/document/9464757

[4]https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=1d1f0gm0gp4u0pw0mk380j901y360330

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