《Nature Communications》：Closed-loop wearable neurostimulation system with triboelectric sensing to alleviate hemifacial spasms
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本研究针对面肌痉挛(HFS)诊疗难题，开发了一种集成摩擦电传感器(HFSS)的闭环眼镜式神经刺激系统。研究人员通过BMF-CaCu3Ti4O12(CCTO)掺杂和微米级半球结构设计，将传感器输出电压提升2.3倍，结合可调参数电刺激模块和峰值检测算法，实现98%的痉挛识别准确率。临床验证显示该系统可有效降低痉挛强度，为HFS治疗提供了新型无创解决方案。
面肌痉挛作为一种常见的神经系统疾病，给患者的生活质量带来严重影响。传统诊断方法依赖主观判断，而肌电图(EMG)监测又受设备限制和干扰困扰。当前主要治疗手段包括短期有效的肉毒毒素(BTX)注射和高风险的微血管减压术(MVD)，但都存在患者依从性低的问题。面对这些挑战，研究人员开始探索新型诊疗方案。
在《Nature Communications》发表的最新研究中，曲学成等研究人员开发出一款集成于眼镜框架的闭环面部神经刺激系统。该系统创新性地采用掺杂丁基化三聚氰胺甲醛(BMF)-CaCu3Ti4O12(CCTO)的摩擦电传感器，通过微米级半球结构设计，性能提升约2.3倍。这些传感器能够实时捕捉细微的动态信号变化，适用于监测面部肌肉的微小活动，且具备零功耗特性。
研究团队还开发了参数可调的定制电刺激模块和高精度HFS检测模型。当系统检测到痉挛时，能够快速激活面部神经刺激器进行靶向神经调控。该系统识别HFS的准确率达到98%，初步临床验证显示其在两名患者中能够降低痉挛严重程度，尽管存在个体差异。
关键技术方法包括：采用CCTO掺杂PDMS和尼龙-66制备摩擦电传感器，设计多参数可调电刺激器，基于滑动窗口峰峰值分析的痉挛检测算法，以及从清华大学玉泉医院神经外科招募的三名HFS患者进行临床验证。
性能优化与HFSS电学输出表征
通过理论分析和实验验证，研究发现适当的CCTO掺杂比例(10wt%)结合微米级半球结构可使器件开路电压提升2.3倍。传感器尺寸优化为1×2cm2，机械响应时间42.9ms，经13,000次疲劳测试后性能偏差小于6%，展现出优异的耐用性。
硬件设计与表征
研发的专用信号采集电路可区分正常、轻微和用力眨眼（信号幅度相差达43倍）。电刺激器支持方波、三角波和正弦波等多种波形，电流输出稳定(1-4mA可调)，脉冲宽度调节范围1%-50%，频率范围1-1000Hz。
HFS诊疗一体化系统与患者测试
系统通过0.5秒滑动窗口实时监测HFSS信号，当峰峰值超过手动校准的个体化阈值时自动触发刺激。刺激靶点位于乳突尖下方20mm的面神经干体表投影区。三名HFS患者的测试显示，系统对痉挛事件的识别准确率平均达98.0%，触发信号准确率约95.9%。
面部痉挛实验数据的分布与统计分析
通过口-鼻(M-N)、眼-鼻(E-N)、眼-口(E-M)和眼区(EA)四个面部特征量化分析，发现闭环刺激显著改善了患者1的面部对称性(Mann-Whitney U检验：M-N, U=335.0000, p=0.0018；E-N, U=380.0000, p<0.0001)。患者2在M-N和E-N指标上也显示明显改善。
此外，通过将HFSS设备置于颞浅动脉上方，研究人员成功监测到脉搏波变化，与专业心电图设备记录的心率相关性达0.96(Pearson相关系数)，为探索自主神经活动与HFS发作的关系提供了新思路。
研究结论表明，这种集成摩擦电传感器的闭环眼镜式神经刺激系统为HFS管理提供了一种非侵入性、实时反馈的新方法。与传统的EMG电极相比，HFSS具有自供能、高信噪比、对动态面部肌肉活动敏感性好等优势，且更轻便、无需导电凝胶，提升了长期监测的舒适度。
该系统首次将监测与响应性刺激整合于一体，传感方法可能比基于EMG的方法更不易受刺激引起的伪迹影响。整个传感模块嵌入眼镜式结构中，大大增强了便携性和患者依从性。临床验证显示了个体化治疗效果的积极信号，尽管存在患者间差异性。
未来工作将涉及硬件和软件的系统优化，以实现更先进的自适应检测，扩大患者队列以增强普适性和稳健性，并探索刺激参数的动态效应，量化患者间变异性，整合多模态数据以优化个性化闭环刺激方案。这项研究为未来治疗相关神经系统疾病奠定了基础，展示了可穿戴神经调控技术在临床转化中的巨大潜力。
