Nowa, poręczna łatka ultradźwiękowa firmy UC San Diego zapewnia ciągłe, nieinwazyjne monitorowanie ciśnienia krwi, jest szeroko testowana i potwierdzona klinicznie na ponad 100 pacjentach.
Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego opracowali nową, nadającą się do noszenia łatkę ultradźwiękową do ciągłego i nieinwazyjnego monitorowania ciśnienia krwi. Urządzenie to jest pierwszym przenośnym ultradźwiękowym czujnikiem ciśnienia krwi, który przeszedł rygorystyczną i kompleksową walidację kliniczną u ponad 100 pacjentów.
Niedawno opublikowane w Natura Inżynieria Biomedycznatechnologia ta mogłaby potencjalnie poprawić jakość monitorowania stanu układu sercowo-naczyniowego zarówno w warunkach klinicznych, jak i w domu.
„Tradycyjne pomiary ciśnienia krwi za pomocą mankietu, które ograniczają się do podawania jednorazowych wartości ciśnienia krwi, mogą pomijać krytyczne wzorce. Nasza łatka do noszenia zapewnia ciągły strumień danych w postaci krzywych ciśnienia krwi, co pozwala na ujawnienie szczegółowych trendów w zakresie wahań ciśnienia krwi” – powiedział współautor badania, Sai Zhou, który niedawno ukończył studia doktoranckie. uzyskał tytuł magistra inżynierii materiałowej i inżynierii na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego Jacobs School of Engineering.
Plaster to miękki i rozciągliwy element wielkości mniej więcej znaczka pocztowego, który przykleja się do skóry. Noszony na przedramieniu umożliwia precyzyjny odczyt w czasie rzeczywistym ciśnienia krwi w głębi ciała. Plaster wykonany jest z elastomeru silikonowego, w którym znajduje się szereg małych przetworników piezoelektrycznych umieszczonych pomiędzy rozciągliwymi elektrodami miedzianymi. Przetworniki przesyłają i odbierają fale ultradźwiękowe, które śledzą zmiany średnicy naczyń krwionośnych, a następnie przekształcają je na wartości ciśnienia krwi.
Postęp w technologii ultrasonografii do noszenia na ciele
Poręczna łatka ultradźwiękowa opiera się na wcześniejszy prototyp którego pionierem było laboratorium Sheng Xu, profesora na Wydziale Inżynierii Chemicznej i Nanoinżynierii Rodziny Aiiso Yufeng Li na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego. Naukowcy przeprojektowali plaster, dodając dwa kluczowe ulepszenia, aby zwiększyć jego skuteczność w zakresie ciągłego monitorowania ciśnienia krwi. Najpierw umieścili przetworniki piezoelektryczne bliżej siebie, co umożliwiło im zapewnienie szerszego zasięgu, dzięki czemu mogli lepiej docierać do mniejszych tętnic, takich jak tętnica ramienna i promieniowa, które są bardziej istotne klinicznie. Po drugie, dodali warstwę podkładową, aby wytłumić zbędne wibracje z przetworników, co poprawiło klarowność sygnału i śledzenie dokładność ścian tętnic.
W testach urządzenie dało wyniki porównywalne z wynikami mankietu do pomiaru ciśnienia krwi i innego urządzenia klinicznego zwanego przewodem tętniczym, które jest czujnikiem wprowadzanym do tętnicy w celu ciągłego monitorowania ciśnienia krwi. Chociaż linia tętnicza jest złotym standardem w pomiarze ciśnienia krwi na oddziałach intensywnej terapii i salach operacyjnych, jest wysoce inwazyjna, ogranicza mobilność pacjenta i może powodować ból lub dyskomfort. Plaster stanowi prostszą i bardziej niezawodną alternatywę, jak wykazały badania walidacyjne przeprowadzone na pacjentach poddawanych zabiegom na cewnikowaniu serca w laboratoriach cewnikowania serca i na oddziałach intensywnej terapii.
Kompleksowa walidacja kliniczna i wydajność
Naukowcy przeprowadzili szeroko zakrojone testy, aby potwierdzić bezpieczeństwo i dokładność plastra. W badaniach oceniających ciśnienie krwi w szerokim zakresie aktywności i ustawień wzięło udział łącznie 117 osób. W jednym zestawie testów siedmiu uczestników nosiło plaster podczas codziennych czynności, takich jak jazda na rowerze, podnoszenie ręki lub nogi, wykonywanie obliczeń mentalnych, medytacja, spożywanie posiłków i spożywanie napojów energetycznych. W większej grupie 85 osób plaster testowano podczas zmian postawy, takich jak przechodzenie z siedzenia do stania. Wyniki uzyskane z plastra były bardzo zbliżone do wyników uzyskanych za pomocą mankietów do pomiaru ciśnienia krwi we wszystkich testach.
Zdolność plastra do ciągłego monitorowania ciśnienia krwi oceniano u 21 pacjentów w laboratorium cewnikowania serca oraz u czterech pacjentów przyjętych na oddział intensywnej terapii po operacji. Pomiary wykonane przez plaster ściśle pokrywały się z wynikami badania linii tętniczej, ukazując jego potencjał jako nieinwazyjnej alternatywy.
„Dużym postępem w tej pracy jest to, jak dokładnie zweryfikowaliśmy tę technologię dzięki pracy naszych współpracowników medycznych” – powiedział Xu. „Ciśnienie krwi może wahać się w różnych miejscach, w zależności od czynników takich jak zespół białego fartucha, nadciśnienie maskowane, codzienne czynności lub stosowanie leków, co utrudnia postawienie dokładnej diagnozy lub wdrożenie leczenia. Dlatego tak ważne było dla nas przetestowanie tego urządzenia w różnorodnych warunkach rzeczywistych i klinicznych. W wielu badaniach nad urządzeniami do noszenia pomija się te etapy podczas opracowywania, ale my zadbaliśmy o to, aby uwzględnić je wszystkie”.
Przyszłe kierunki i ulepszenia
Zespół badawczy przygotowuje się do badań klinicznych na dużą skalę i planuje integrację uczenie maszynowe w celu dalszego udoskonalenia możliwości urządzenia. Trwają również prace nad walidacją bezprzewodowej wersji zasilanej bateryjnie pod kątem długotrwałego użytkowania i bezproblemowej integracji z istniejącymi systemami szpitalnymi.
Odniesienie: „Kliniczna walidacja przenośnego ultradźwiękowego czujnika ciśnienia krwi” autorstwa Sai Zhou, Geonho Park, Katherine Longardner, Muyang Lin, Baiyan Qi, Xinyi Yang, Xiaoxiang Gao, Hao Huang, Xiangjun Chen, Yizhou Bian, Hongjie Hu, Ray S. Wu, Wentong Yue, Mohan Li, Chengchangfeng Lu, Ruotao Wang, Siyu Qin, Esra Tasali, Theodore Karrison, Isac Thomas, Benjamin Smarr, Erik B. Kistler, Belal Al Khiami, Irene Litvan i Sheng Xu, 20 listopada 2024 r., Natura Inżynieria Biomedyczna.
DOI: 10.1038/s41551-024-01279-3
Praca ta została wsparta nagrodą Wellcome Trust Innovator Award (WT215841/Z/19/Z) oraz Narodowe Instytuty Zdrowia (1 R01 EB3346401).
