吞咽是一种复杂的神经肌肉活动，由自主神经系统调节。当前，数百万成年人正面临吞咽困难（吞咽障碍）的困扰，包括患有神经系统疾病、头颈部癌症、胃肠疾病和呼吸系统疾病的患者。
吞咽困难的治疗包括语言病理学的干预治疗，旨在通过训练患者在呼吸周期的呼气阶段以足够的频率进行吞咽，从而改善吞咽机制。但是，此类治疗方法通常需要大型且昂贵的设备来同步记录吞咽和呼吸活动，而且仅限于在临床环境中使用。
据麦姆斯咨询报道，近日，美国西北大学（Northwestern University）、韩国济州大学（JeJu National University）、新加坡国立大学（National University of Singapore）和韩国科学技术院（Korea Advanced Institute of Science and Technology）等机构的研究人员共同提出一种专门用于实时监测吞咽和呼吸的机械声学传感器，能够通过皮肤表面监测运动和振动过程，实现对人体吞咽和呼吸的连续机械声学跟踪。该设备具有实时数据分析和独立可选无线模块的用户界面，支持视觉和触觉反馈，可用于吞咽障碍患者的治疗，具有巨大的应用潜力。相关研究成果已发表于npj Digital Medicine期刊。
该设备系统利用两个惯性测量单元（IMU）差分配置，分别连接到颈部和上胸部，该结构可以优化相关组件的信号强度，并消除运动伪影的混杂影响。基于全无线系统和相关分析算法，该设备能够连续检测不同体型受试者的吞咽活动和呼吸相位模式。具体而言，该机械声学传感器通过监测从颈部和相邻区域两个不同位置的皮肤表面捕获的运动，获取吞咽和呼吸相位特征，通过无线方式将数据同步传输至便携式电子设备（如智能手机或平板电脑），实时的数据分析界面和可选的触觉模块可支持视觉和触觉反馈。
设备结构、工作原理、用户界面和代表性检测数据
吞咽涉及到口腔、咽、食管结构的快速和重叠运动的相互协调，每一种结构都随着年龄、性别、吞咽量、解剖特征和其他因素发生变化。研究人员通过对健康受试者（不同年龄、性别）和患有慢性阻塞性肺病（COPD）、头颈部癌症和帕金森病（PD）引起的吞咽困难患者进行研究，证明了该设备在临床研究和家庭环境中的广泛适用性，对吞咽困难患者的治疗具有指导作用。该设备的差分传感模式使其在日常活动中也能稳定运行。研究表明，在进食、饮水和间歇性无意识吞咽唾液时仍能检测到吞咽信息，灵敏度为89.6%，准确度为87.8%。
同时检测吞咽和呼吸周期
用于日常活动中呼吸周期和吞咽活动检测的差分传感
该设备系统包含用于识别吞咽活动和相应呼吸相位的简单算法，在适度的计算负载下可以提供出色的计算反馈，从而实现在便携式电子设备上进行可靠、实时的分析。实时的视觉和触觉反馈为吞咽困难患者的治疗提供了额外的价值，作为临床应用的一个成功案例，该设备和相关算法有望扩展到更多需要持续反馈和训练的潜在应用。
实时吞咽检测和触觉反馈
该项技术能够有效监测吞咽困难患者的吞咽功能，并为增强传统康复方法提供实用的技术基础。随着进一步的临床实验和研究，未来将在治疗和护理吞咽困难患者方面发挥更大的应用价值。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41746-022-00691-w
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