冠狀動脈疾病是全球主要致死性疾病之一，臨床診療離不開對冠脈血流動力學(xué)的精準(zhǔn)量化。當(dāng)前廣泛應(yīng)用的血液血流儲備分?jǐn)?shù)（FFR）檢測通常依賴在導(dǎo)絲內(nèi)部集成壓阻/壓電或光學(xué)傳感器。然而，多股導(dǎo)線會降低導(dǎo)絲的扭轉(zhuǎn)剛度與傳扭效率，削弱其在復(fù)雜血管中的操控性。同時，壓力導(dǎo)絲存在缺乏接觸力檢測和成本高的問題，解決上述問題有助于減小手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)并普及高值醫(yī)療器械的應(yīng)用。
近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院聯(lián)合研發(fā)了一種新型的離電型壓力導(dǎo)絲（Iontronic tip-sensing guidewire，簡稱ITG），相關(guān)成果于10月29日發(fā)表在國際期刊Nature Biomedical Engineering上，南方科技大學(xué)郭傳飛教授與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)王柳教授為共同通訊作者，深圳先進(jìn)院集成所神經(jīng)中心助理研究員關(guān)方怡和西安電子科技大學(xué)副教授白寧寧為共同第一作者。該研究基于低成本的商用工作導(dǎo)絲，利用人體這一天然離子體作為信號傳輸通道（圖1），避免了多股導(dǎo)線的使用，從而使操控性達(dá)到理想水平，能夠同時檢測血液壓力和接觸力。
ITG的尖端離電傳感單元由金屬端頭—微結(jié)構(gòu)離子凝膠—樹脂管構(gòu)成，關(guān)鍵界面采用彈性硅膠封裝，兼顧防滲與彈性緩沖。血壓搏動或尖端與血管壁的接觸力使金屬頭端壓向離子凝膠，改變與電極的有效接觸面積，引起界面雙電層電容的即時變化，從而實(shí)現(xiàn)對血壓與接觸力的實(shí)時靈敏監(jiān)測（圖1）。
通過扭轉(zhuǎn)載荷仿真與實(shí)驗(yàn)測結(jié)果顯示：ITG 的扭轉(zhuǎn)比接近 1:1，操控性與商業(yè)主力導(dǎo)絲相當(dāng)；而商業(yè)壓力導(dǎo)絲因內(nèi)置多股導(dǎo)線，扭轉(zhuǎn)比約1:0.4，驗(yàn)證了 ITG 在復(fù)雜血管路徑中的可控性優(yōu)勢。（圖2）。
除高操控性外，ITG兼具優(yōu)異的壓力傳感性能。在模擬液體環(huán)境中，ITG對壓力變化呈現(xiàn)線性電容響應(yīng)，靈敏度達(dá)0.39 pF mmHg-1。在 10,000 次循環(huán)加載后信號無顯著漂移。在豬血管內(nèi)，ITG 可持續(xù)穩(wěn)定記錄真實(shí)脈動波形，并對細(xì)微波動做出快速響應(yīng)（圖3）
在活體兔模型中，ITG 能實(shí)時區(qū)分正常血流信號與血管壁接觸引起的信號顯著增幅（圖4）。當(dāng)尖端未接觸血管壁時輸出為穩(wěn)定脈動；一旦接觸，信號幅值明顯升高、特征清晰，從而為操作者提供即時的剝離/穿孔風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，提高術(shù)中安全邊際并輔助操作策略及時調(diào)整。
在活體豬冠狀動脈中，ITG 可長時間穩(wěn)定采集冠脈壓力并精準(zhǔn)捕捉微小波動；在模擬分級狹窄的場景下，ITG 與商業(yè)壓力導(dǎo)絲在壓力曲線與 FFR 數(shù)值上高度一致，驗(yàn)證了 ITG 在狹窄定量評估與術(shù)中決策中的可用性與一致性（圖5）。
綜上所述，ITG利用人體離子環(huán)境作為天然的離電信號傳輸通道，具有比商業(yè)壓力導(dǎo)絲更優(yōu)越的操控性、響應(yīng)速度、靈敏度、額外的接觸力反饋功能和低成本的優(yōu)勢。ITG簡單且無導(dǎo)線的設(shè)計(jì)不僅保證了最優(yōu)的機(jī)械性能而且減少了制備成本，有望增加先進(jìn)的FFR評估技術(shù)在資源缺乏環(huán)境下的普及，也為未來介入醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展提供了依據(jù)。
本研究得到了國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
????原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41551-025-01548-9
圖1?離電型壓力導(dǎo)絲的結(jié)構(gòu)及其工作原理
圖2 ITG與商業(yè)主力導(dǎo)絲和壓力導(dǎo)絲操控性對比
圖3 ITG在體外和活體豬模型血管中的傳感性
圖4 ITG的接觸力檢測能力
圖5 ITG在活體豬模型中的FFR檢測
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