Группа исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработала новый и улучшенный носимый ультразвуковой датчик для непрерывного и неинвазивного мониторинга артериального давления. Их работа знаменует собой важную веху, поскольку это устройство является первым носимым ультразвуковым датчиком артериального давления, который прошел строгую и всестороннюю клиническую проверку на более чем 100 пациентах.

Технология, опубликованная 20 ноября в журнале Nature Biomedical Engineering, может повысить качество мониторинга состояния сердечно-сосудистой системы в клиниках и дома.

«Традиционные измерения артериального давления с помощью манжеты, которые ограничиваются предоставлением одноразовых значений артериального давления, могут упустить важные закономерности. Наш носимый пластырь обеспечивает непрерывный поток данных о форме волны артериального давления, что позволяет ему выявлять подробные тенденции колебаний артериального давления», — сказал соавтор исследования Сай Чжоу, недавно получивший докторскую степень по материаловедению и инженерии в Инженерной школе Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Пластырь представляет собой мягкое и эластичное устройство размером с почтовую марку, которое приклеивается к коже. При ношении на предплечье он обеспечивает точные показания артериального давления в реальном времени глубоко внутри тела. Пластырь изготовлен из силиконового эластомера, который содержит ряд небольших пьезоэлектрических преобразователей, зажатых между растягивающимися медными электродами.

Датчики передают и принимают ультразвуковые волны, которые отслеживают изменения диаметра кровеносных сосудов, а затем преобразуются в значения артериального давления.

Технологические усовершенствования носимых ультразвуковых устройств

Носимая ультразвуковая накладка создана на основе более раннего прототипа , впервые созданного в лаборатории Шэн Сюй, профессора кафедры химической и наноинженерии семьи Айисо Юйфэн Ли Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Исследователи модернизировали пластырь, внеся два ключевых усовершенствования для повышения его эффективности при непрерывном контроле артериального давления.

Во-первых, они разместили пьезоэлектрические преобразователи ближе друг к другу, что позволило им обеспечить более широкое покрытие, чтобы они могли лучше нацеливаться на более мелкие артерии, такие как плечевые и лучевые артерии, которые более клинически значимы. Во-вторых, они добавили подложку для гашения избыточных вибраций от преобразователей, что привело к улучшению четкости сигнала и точности отслеживания артериальных стенок.

В ходе испытаний устройство показало результаты, сопоставимые с манжетой для измерения артериального давления и другим клиническим устройством, называемым артериальной линией, представляющим собой датчик, вставляемый в артерию для постоянного контроля артериального давления.

Хотя артериальная линия является золотым стандартом для измерения артериального давления в отделениях интенсивной терапии и операционных, она является высокоинвазивной, ограничивает подвижность пациента и может вызывать боль или дискомфорт.

Пластырь представляет собой более простую и надежную альтернативу, что показали проверочные испытания, проведенные на пациентах, проходящих процедуры по установке артериальных катетеров в лабораториях катетеризации сердца и отделениях интенсивной терапии.

Комплексная клиническая проверка

Исследователи провели обширные испытания для подтверждения безопасности и точности пластыря. В исследованиях, в которых оценивалось артериальное давление в широком диапазоне видов деятельности и условий, приняли участие в общей сложности 117 человек.

В одной серии испытаний семь участников носили пластырь во время повседневных занятий, таких как езда на велосипеде, поднятие руки или ноги, выполнение устных арифметических действий, медитация, прием пищи и употребление энергетических напитков.

В более крупной когорте из 85 субъектов пластырь тестировался во время изменения позы, например, при переходе из положения сидя в положение стоя. Результаты от пластыря почти совпадали с результатами от манжет для измерения кровяного давления во всех тестах.

Способность пластыря непрерывно контролировать артериальное давление была оценена у 21 пациента в лаборатории катетеризации сердца и у четырех пациентов, поступивших в отделение интенсивной терапии после операции. Измерения с пластыря хорошо совпали с результатами артериальной линии, что демонстрирует его потенциал как неинвазивной альтернативы.

«Большим достижением этой работы является то, насколько тщательно мы проверили эту технологию благодаря работе наших медицинских коллег», — сказал Сюй.

«Артериальное давление может быть разным в зависимости от таких факторов, как синдром белого халата, скрытая гипертония, повседневная деятельность или прием лекарств, что затрудняет постановку точного диагноза или назначение лечения. Вот почему для нас было так важно протестировать это устройство в самых разных реальных и клинических условиях. Во многих исследованиях носимых устройств эти этапы разработки пропускаются, но мы постарались охватить все».

Исследовательская группа готовится к масштабным клиническим испытаниям и планирует интегрировать машинное обучение для дальнейшего улучшения возможностей устройства. Также ведутся работы по проверке беспроводной версии с питанием от батареи для долгосрочного использования и бесшовной интеграции с существующими больничными системами.