En ny bärbar ultraljudsplåster som icke-invasivt övervakar blodtrycket i artärer djupt under huden kan hjälpa människor att upptäcka kardiovaskulära problem tidigare och med större precision. I tester, plåstret utfört samt några kliniska metoder för att mäta blodtrycket.

Applikationer inkluderar realtid, kontinuerlig övervakning av blodtrycksförändringar hos patienter med hjärt- eller lungsjukdom, samt patienter som är kritiskt sjuka eller genomgår operation. Plåstret använder ultraljud, så det skulle potentiellt kunna användas för att icke-invasivt spåra andra vitala tecken och fysiologiska signaler från platser djupt inne i kroppen.

Ett team av forskare under ledning av University of California San Diego beskriver sitt arbete i en artikel publicerad 11 september i Nature Biomedicinsk teknik .

"Bärbara enheter har hittills varit begränsade till att känna av signaler antingen på ytan av huden eller precis under den. Men det här är som att se bara toppen av isberget, " sa Sheng Xu, en professor i nanoteknik vid UC San Diego Jacobs School of Engineering och motsvarande författare till studien. "Genom att integrera ultraljudsteknik i wearables, vi kan börja fånga en hel massa andra signaler, biologiska händelser och aktiviteter som pågår långt under ytan på ett icke-invasivt sätt."

"Vi lägger till en tredje dimension till avkänningssortimentet av bärbar elektronik, sa Xu, som också är knuten till Center for Wearable Sensors vid UC San Diego.

Det nya ultraljudsplåstret kan kontinuerligt övervaka centrala blodtrycket i stora artärer så djupt som fyra centimeter (mer än en tum) under huden.

Läkare som är involverade i studien säger att tekniken skulle vara användbar i olika slutenvårdsprocedurer.

"Detta har potential att bli ett bra komplement till kardiovaskulär medicin, " sa Dr Brady Huang, en medförfattare på tidningen och radiolog vid UC San Diego Health. "I operationssalen, speciellt vid komplexa kardiopulmonella ingrepp, noggrann realtidsbedömning av centralt blodtryck behövs - det är här denna enhet har potential att ersätta traditionella metoder."

Ett bekvämt alternativ till kliniska metoder

Enheten mäter centralt blodtryck – vilket skiljer sig från blodtrycket som mäts med en uppblåsbar manschett fastspänd runt överarmen, känt som perifert blodtryck. Centralt blodtryck är trycket i de centrala blodkärlen, som skickar blod direkt från hjärtat till andra stora organ i hela kroppen. Medicinska experter anser att centralt blodtryck är mer exakt än perifert blodtryck och säger också att det är bättre på att förutsäga hjärtsjukdomar.

Mätning av centralt blodtryck görs vanligtvis inte i rutinundersökningar, dock. Den senaste kliniska metoden är invasiv, involverar en kateter som förs in i ett blodkärl i en patients arm, ljumsken eller halsen och styr den till hjärtat.

Det finns en icke-invasiv metod, men det kan inte konsekvent producera korrekta avläsningar. Det innebär att hålla en pennliknande sond, kallas en tonometer, på huden direkt ovanför ett större blodkärl. För att få en bra läsning, tonometern måste hållas stadigt, i precis rätt vinkel och med rätt mängd tryck varje gång. Men detta kan variera mellan tester och olika tekniker.

"Det är mycket operatörsberoende. Även med rätt teknik, om du flyttar tonometerspetsen bara en millimeter av, data blir förvrängda. Och om du trycker ner tonometern för hårt, det kommer att sätta för mycket press på kärlet, vilket också påverkar uppgifterna, " sa medförfattaren Chonghe Wang, en doktorand i nanoteknik vid UC San Diego. Tonometrar kräver också att patienten sitter still – vilket gör kontinuerlig övervakning svårt – och är inte tillräckligt känsliga för att få bra avläsningar genom fettvävnad.

Det UC San Diego-ledda teamet har utvecklat ett bekvämt alternativ – en mjuk, stretchigt ultraljudsplåster som kan bäras på huden och ger exakt, exakta avläsningar av centralt blodtryck varje gång, även när användaren rör sig. Och det kan fortfarande få en bra läsning genom fettvävnad.

Plåstret testades på en manlig försöksperson, vem bar den på underarmen, handled, nacke och fot. Tester utfördes både när försökspersonen var stillastående och under träning. Inspelningar som samlades in med patchen var mer konsekventa och exakta än inspelningar från en kommersiell tonometer. Patchinspelningarna var också jämförbara med de som samlats in med en traditionell ultraljudssond.

Gör ultraljud bärbart

"Ett stort framsteg med detta arbete är att det förvandlar ultraljudsteknik till en bärbar plattform. Detta är viktigt eftersom vi nu kan börja göra kontinuerliga, icke-invasiv övervakning av större blodkärl djupt under huden, inte bara i grunda vävnader, " sa Wang.

Plåstret är ett tunt ark av silikonelastomer mönstrat med vad som kallas en "ö-bro"-struktur - en rad små elektroniska delar (öar) som var och en är sammankopplade med fjäderformade ledningar (broar). Varje ö innehåller elektroder och enheter som kallas piezoelektriska givare, som producerar ultraljudsvågor när elektricitet passerar genom dem. Broarna som förbinder dem är gjorda av tunna, fjäderliknande koppartrådar. Ö-brostrukturen gör att hela plåstret formar sig efter huden och sträcker sig, böj och vrid utan att kompromissa med elektronisk funktion.

Plåstret använder ultraljudsvågor för att kontinuerligt registrera diametern på ett pulserande blodkärl som ligger så djupt som fyra centimeter under huden. Denna information översätts sedan till en vågform med hjälp av anpassad programvara. Varje topp, dal och skåra i vågformen, såväl som den övergripande formen på vågformen, representerar en specifik aktivitet eller händelse i hjärtat. Dessa signaler ger mycket detaljerad information till läkare som bedömer en patients kardiovaskulära hälsa. De kan användas för att förutsäga hjärtsvikt, avgöra om blodtillförseln är bra, etc.

Nästa steg

Forskare noterar att plåstret fortfarande har en lång väg att gå innan det når kliniken. Förbättringar inkluderar integrering av en strömkälla, databehandlingsenheter och trådlös kommunikationskapacitet i patchen.

"Just nu, dessa funktioner måste levereras av kablar från externa enheter. Om vi ​​vill flytta detta från bänk till säng, vi måste sätta alla dessa komponenter ombord, " sa Xu.

Teamet funderar på att samarbeta med experter inom databehandling och trådlös teknik för nästa fas av projektet.