Bærbart ultralydsplaster overvåger blodtrykket dybt inde i kroppen

Et nyt ultralydsplaster, der ikke-invasivt overvåger blodtrykket i arterier dybt under huden, kan hjælpe folk med at opdage hjerte-kar-problemer tidligere og med større præcision. I test, plasteret udført samt nogle kliniske metoder til at måle blodtrykket.

Applikationer inkluderer realtid, kontinuerlig overvågning af blodtryksændringer hos patienter med hjerte- eller lungesygdom, samt patienter, der er kritisk syge eller er under operation. Plastret bruger ultralyd, så det kan potentielt bruges til non-invasivt at spore andre vitale tegn og fysiologiske signaler fra steder dybt inde i kroppen.

Et team af forskere ledet af University of California San Diego beskriver deres arbejde i et papir offentliggjort 11. september i Natur biomedicinsk teknik .

"Bærbare enheder har hidtil været begrænset til at registrere signaler enten på overfladen af ​​huden eller lige under den. Men det er som at se bare toppen af ​​isbjerget, " sagde Sheng Xu, en professor i nanoingeniør ved UC San Diego Jacobs School of Engineering og den tilsvarende forfatter til undersøgelsen. "Ved at integrere ultralydsteknologi i wearables, vi kan begynde at fange en hel masse andre signaler, biologiske begivenheder og aktiviteter, der foregår langt under overfladen på en ikke-invasiv måde."

"Vi tilføjer en tredje dimension til sansesortimentet af bærbar elektronik, " sagde Xu, som også er tilknyttet Center for Wearable Sensors ved UC San Diego.

Det nye ultralydsplaster kan kontinuerligt overvåge det centrale blodtryk i store arterier så dybt som fire centimeter (mere end en tomme) under huden.

Læger involveret i undersøgelsen siger, at teknologien ville være nyttig i forskellige indlæggelsesprocedurer.

"Dette har potentialet til at blive en fantastisk tilføjelse til hjerte-kar-medicin, " sagde Dr. Brady Huang, en medforfatter på papiret og radiolog ved UC San Diego Health. "På operationsstuen, især ved komplekse kardiopulmonale procedurer, Der er behov for nøjagtig realtidsvurdering af centralt blodtryk - det er her, denne enhed har potentialet til at erstatte traditionelle metoder."

Et praktisk alternativ til kliniske metoder

Enheden måler det centrale blodtryk - som adskiller sig fra blodtrykket, der måles med en oppustelig manchet spændt rundt om overarmen, kendt som perifert blodtryk. Centralt blodtryk er trykket i de centrale blodkar, som sender blod direkte fra hjertet til andre store organer i hele kroppen. Medicinske eksperter anser det centrale blodtryk for mere nøjagtigt end det perifere blodtryk og siger også, at det er bedre til at forudsige hjertesygdomme.

Måling af det centrale blodtryk udføres normalt ikke i rutineundersøgelser, imidlertid. Den avancerede kliniske metode er invasiv, involverer et kateter indsat i et blodkar i en patients arm, lysken eller halsen og leder den til hjertet.

Der findes en ikke-invasiv metode, men det kan ikke konsekvent producere nøjagtige aflæsninger. Det involverer at holde en pen-lignende sonde, kaldet et tonometer, på huden direkte over et større blodkar. For at få en god læsning, tonometeret skal holdes i ro, i den helt rigtige vinkel og med den rigtige mængde tryk hver gang. Men dette kan variere mellem test og forskellige teknikere.

"Det er meget operatørafhængigt. Selv med den rette teknik, hvis du flytter tonometerspidsen kun en millimeter væk, data bliver forvrænget. Og hvis du trykker tonometeret for hårdt ned, det vil lægge for meget pres på karret, hvilket også påvirker dataene, " sagde den første forfatter Chonghe Wang, en nanoingeniørstuderende ved UC San Diego. Tonometre kræver også, at patienten sidder stille - hvilket gør kontinuerlig overvågning vanskelig - og er ikke følsomme nok til at få gode aflæsninger gennem fedtvæv.

Det UC San Diego-ledede team har udviklet et bekvemt alternativ - et blødt, strækbart ultralydsplaster, der kan bæres på huden og giver nøjagtige, præcise målinger af det centrale blodtryk hver gang, også mens brugeren bevæger sig. Og det kan stadig få en god læsning gennem fedtvæv.

Plastret blev testet på en mandlig forsøgsperson, hvem bar det på underarmen, håndled, nakke og fod. Tests blev udført både mens forsøgspersonen var stationær og under træning. Optagelser indsamlet med patchen var mere konsistente og præcise end optagelser fra et kommercielt tonometer. Patch-optagelserne var også sammenlignelige med dem, der blev indsamlet med en traditionel ultralydssonde.

Gør ultralyd bærbar

"Et stort fremskridt i dette arbejde er, at det forvandler ultralydsteknologi til en bærbar platform. Dette er vigtigt, for nu kan vi begynde at gøre kontinuerligt, non-invasiv overvågning af større blodkar dybt under huden, ikke kun i lavt væv, " sagde Wang.

Plastret er et tyndt ark silikone-elastomer mønstret med det, der kaldes en "ø-bro"-struktur - en række små elektroniske dele (øer), der hver er forbundet med fjederformede ledninger (broer). Hver ø indeholder elektroder og enheder kaldet piezoelektriske transducere, som producerer ultralydsbølger, når elektricitet passerer gennem dem. Broerne, der forbinder dem, er lavet af tynde, fjederlignende kobbertråde. Ø-brostrukturen gør det muligt for hele plasteret at tilpasse sig huden og strække sig, bøj og vrid uden at gå på kompromis med elektronisk funktion.

Plastret bruger ultralydsbølger til kontinuerligt at registrere diameteren af ​​et pulserende blodkar placeret så dybt som fire centimeter under huden. Denne information bliver derefter oversat til en bølgeform ved hjælp af tilpasset software. Hver top, dal og hak i bølgeformen, såvel som den overordnede form af bølgeformen, repræsenterer en bestemt aktivitet eller begivenhed i hjertet. Disse signaler giver en masse detaljerede oplysninger til læger, der vurderer en patients kardiovaskulære helbred. De kan bruges til at forudsige hjertesvigt, afgøre, om blodforsyningen er i orden, etc.

Næste skridt

Forskere bemærker, at plastret stadig har lang vej igen, før det når klinikken. Forbedringer omfatter integration af en strømkilde, databehandlingsenheder og trådløs kommunikationsevne ind i patchen.

"Lige nu, disse egenskaber skal leveres af ledninger fra eksterne enheder. Hvis vi ønsker at flytte dette fra bordplade til seng, vi er nødt til at sætte alle disse komponenter ombord, " sagde Xu.

Holdet søger at samarbejde med eksperter i databehandling og trådløse teknologier til næste fase af projektet.