Een nieuwe draagbare ultrasone patch die de bloeddruk in de slagaders diep onder de huid niet-invasief bewaakt, kan mensen helpen cardiovasculaire problemen eerder en met grotere precisie op te sporen. Bij testen, de pleister presteerde evenals enkele klinische methoden om de bloeddruk te meten.

Toepassingen zijn onder meer realtime, continue monitoring van bloeddrukveranderingen bij patiënten met hart- of longziekte, evenals patiënten die ernstig ziek zijn of een operatie ondergaan. De pleister maakt gebruik van ultrageluid, dus het kan mogelijk worden gebruikt om op niet-invasieve wijze andere vitale functies en fysiologische signalen van plaatsen diep in het lichaam te volgen.

Een team van onderzoekers onder leiding van de Universiteit van Californië in San Diego beschrijft hun werk in een paper dat op 11 september is gepubliceerd Natuur Biomedische Technologie .

"Draagbare apparaten zijn tot nu toe beperkt tot het waarnemen van signalen op het oppervlak van de huid of eronder. Maar dit is als het zien van slechts het topje van de ijsberg, " zei Sheng Xu, een professor in nano-engineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering en de corresponderende auteur van de studie. "Door ultrasone technologie te integreren in wearables, we kunnen een heleboel andere signalen gaan opvangen, biologische gebeurtenissen en activiteiten die ver onder het oppervlak plaatsvinden op een niet-invasieve manier."

"We voegen een derde dimensie toe aan het detectiebereik van draagbare elektronica, " zei Xu, die ook is aangesloten bij het Center for Wearable Sensors van UC San Diego.

De nieuwe ultrasone patch kan continu de centrale bloeddruk in de grote slagaders tot vier centimeter (meer dan één inch) onder de huid controleren.

Artsen die bij het onderzoek betrokken zijn, zeggen dat de technologie nuttig zou zijn bij verschillende klinische procedures.

"Dit heeft de potentie om een ​​geweldige aanvulling te zijn op de cardiovasculaire geneeskunde, " zei Dr. Brady Huang, een co-auteur van het papier en radioloog bij UC San Diego Health. "In de operatiekamer vooral bij complexe cardiopulmonale procedures, nauwkeurige realtime beoordeling van de centrale bloeddruk is nodig - dit is waar dit apparaat de potentie heeft om traditionele methoden te vervangen."

Een handig alternatief voor klinische methoden

Het apparaat meet de centrale bloeddruk, die verschilt van de bloeddruk die wordt gemeten met een opblaasbare manchet om de bovenarm. bekend als perifere bloeddruk. Centrale bloeddruk is de druk in de centrale bloedvaten, die het bloed rechtstreeks van het hart naar andere belangrijke organen in het lichaam sturen. Medische experts beschouwen centrale bloeddruk nauwkeuriger dan perifere bloeddruk en zeggen ook dat het beter is in het voorspellen van hartaandoeningen.

Het meten van de centrale bloeddruk wordt meestal niet gedaan bij routineonderzoeken, echter. De geavanceerde klinische methode is invasief, waarbij een katheter is ingebracht in een bloedvat in de arm van een patiënt, lies of nek en leidt het naar het hart.

Er bestaat een niet-invasieve methode, maar het kan niet consistent nauwkeurige metingen produceren. Het houdt in dat je een penachtige sonde vasthoudt, een tonometer genoemd, op de huid direct boven een groot bloedvat. Om goed te kunnen lezen, de tonometer moet stil worden gehouden, onder precies de juiste hoek en met telkens de juiste hoeveelheid druk. Maar dit kan variëren tussen tests en verschillende technici.

"Het is sterk afhankelijk van de operator. Zelfs met de juiste techniek, als u de tonometerpunt slechts een millimeter verplaatst, de gegevens worden vervormd. En als je de tonometer te hard naar beneden duwt, het zal te veel druk uitoefenen op het vat, wat ook van invloed is op de gegevens, " zei co-eerste auteur Chonghe Wang, een afgestudeerde nano-engineeringstudent aan UC San Diego. Tonometers vereisen ook dat de patiënt stil zit - wat continue monitoring moeilijk maakt - en zijn niet gevoelig genoeg om goede metingen door vetweefsel te krijgen.

Het door UC San Diego geleide team heeft een handig alternatief ontwikkeld:een zacht, rekbare ultrasone patch die op de huid kan worden gedragen en nauwkeurige, nauwkeurige metingen van de centrale bloeddruk elke keer, zelfs als de gebruiker in beweging is. En het kan nog steeds een goede aflezing krijgen door vetweefsel.

De pleister is getest op een mannelijke proefpersoon, wie droeg het op de onderarm, pols, nek en voet. Tests werden zowel uitgevoerd terwijl de proefpersoon stilstond als tijdens inspanning. Opnamen verzameld met de patch waren consistenter en nauwkeuriger dan opnames van een commerciële tonometer. De patch-opnames waren ook vergelijkbaar met die verzameld met een traditionele ultrasone sonde.

Ultrageluid draagbaar maken

"Een belangrijke vooruitgang van dit werk is dat het de ultrasone technologie transformeert in een draagbaar platform. Dit is belangrijk omdat we nu kunnen beginnen met continue, niet-invasieve monitoring van grote bloedvaten diep onder de huid, niet alleen in ondiepe weefsels, " zei Wang.

De patch is een dunne laag siliconenelastomeer met een patroon met een zogenaamde "eilandbrug" -structuur - een reeks kleine elektronische onderdelen (eilanden) die elk zijn verbonden door veervormige draden (bruggen). Elk eiland bevat elektroden en apparaten die piëzo-elektrische transducers worden genoemd, die ultrasone golven produceren wanneer elektriciteit er doorheen gaat. De bruggen die ze verbinden zijn gemaakt van dun, veerachtige koperdraden. De eilandbrugstructuur zorgt ervoor dat de hele pleister zich aanpast aan de huid en uitrekt, buigen en draaien zonder de elektronische functie in gevaar te brengen.

De pleister gebruikt ultrasone golven om continu de diameter van een pulserend bloedvat te registreren dat zich tot vier centimeter onder de huid bevindt. Deze informatie wordt vervolgens vertaald in een golfvorm met behulp van aangepaste software. Elke piek, vallei en inkeping in de golfvorm, evenals de algemene vorm van de golfvorm, staat voor een specifieke activiteit of gebeurtenis in het hart. Deze signalen geven veel gedetailleerde informatie aan artsen die de cardiovasculaire gezondheid van een patiënt beoordelen. Ze kunnen worden gebruikt om hartfalen te voorspellen, bepalen of de bloedtoevoer in orde is, enzovoort.

Volgende stappen

Onderzoekers merken op dat de pleister nog een lange weg te gaan heeft voordat deze de kliniek bereikt. Verbeteringen zijn onder meer de integratie van een stroombron, gegevensverwerkingseenheden en draadloze communicatiemogelijkheden in de patch.

"Direct, deze mogelijkheden moeten worden geleverd door draden van externe apparaten. Als we dit van tafel naar bed willen verplaatsen, we moeten al deze componenten aan boord hebben, " zei Xu.

Het team is op zoek naar samenwerking met experts op het gebied van gegevensverwerking en draadloze technologieën voor de volgende fase van het project.