Gesundheit

Tragbares Ultraschall-Patch überwacht den Blutdruck


Ein neues tragbares Ultraschallpflaster, das den Blutdruck in Arterien tief unter der Haut nicht-invasiv überwacht, könnte Menschen helfen, Herz-Kreislauf-Probleme früher und mit größerer Präzision zu erkennen.

In Tests führte das Pflaster sowie einige klinische Methoden zur Messung des Blutdrucks durch.

Zu den Anwendungen gehören die kontinuierliche Überwachung von Blutdruckänderungen in Echtzeit bei Patienten mit Herz- oder Lungenerkrankungen sowie bei kritisch kranken oder operierten Patienten. Das Pflaster verwendet Ultraschall, so dass es potentiell dazu verwendet werden kann, andere Vitalzeichen und physiologische Signale von Orten tief im Körper nicht-invasiv zu verfolgen.

Ein Forscherteam um die University of California San Diego beschreibt ihre Arbeit in einem am 11. September veröffentlichten Papier Natur Biomedizinische Technik.

"Wearable Devices waren bisher darauf beschränkt, Signale entweder auf der Hautoberfläche oder direkt darunter zu messen. Aber das ist, als würde man nur die Spitze des Eisbergs sehen", sagt Sheng Xu, Professor für Nanoengineering an der UC San Diego Jacobs School of Engineering und der entsprechende Autor der Studie, sagte. "Durch die Integration der Ultraschalltechnologie in Wearables können wir damit beginnen, viele andere Signale, biologische Ereignisse und Aktivitäten auf nicht-invasive Weise unter der Oberfläche zu erfassen. Wir erweitern das Erfassungsspektrum der tragbaren Elektronik um eine dritte Dimension . "

Das neue Ultraschall-Patch kann den zentralen Blutdruck in großen Arterien bis zu vier Zentimeter unter der Haut kontinuierlich überwachen.

Ärzte, die an der Studie beteiligt sind, sagen, dass die Technologie in verschiedenen stationären Verfahren nützlich wäre.

"Dies hat das Potenzial, eine großartige Ergänzung der kardiovaskulären Medizin zu sein", sagte Brady Huang, ein Co-Autor der Zeitung und Radiologe an der UC San Diego Health. "Im Operationssaal, insbesondere bei komplexen kardiopulmonalen Eingriffen, ist eine genaue Echtzeit-Beurteilung des zentralen Blutdrucks erforderlich – hier hat dieses Gerät das Potenzial, traditionelle Methoden abzulösen."

Eine bequeme Alternative zu klinischen Methoden

Das Gerät misst den zentralen Blutdruck, der sich von dem Blutdruck unterscheidet, der mit einer um den Oberarm geschlungenen aufblasbaren Manschette gemessen wird, die als peripherer Blutdruck bezeichnet wird.

Zentraler Blutdruck ist der Druck in den zentralen Blutgefäßen, die Blut direkt aus dem Herzen zu anderen wichtigen Organen im Körper senden. Medizinische Experten betrachten den zentralen Blutdruck als genauer als den peripheren Blutdruck und sagen auch, dass es besser bei der Vorhersage von Herzerkrankungen ist.

Die Messung des zentralen Blutdrucks erfolgt jedoch normalerweise nicht in Routineuntersuchungen. Die klinische Methode nach dem Stand der Technik ist invasiv, wobei ein Katheter in ein Blutgefäß in einem Arm, einer Leiste oder einem Hals eines Patienten eingeführt und zum Herzen geführt wird.

Es existiert eine nicht-invasive Methode, die jedoch keine konsistenten Messwerte liefern kann. Es beinhaltet das Halten einer stiftartigen Sonde, Tonometer genannt, auf der Haut direkt über einem Hauptblutgefäß.

Um eine gute Ablesung zu erhalten, muss das Tonometer jedes Mal genau im richtigen Winkel und mit dem richtigen Druck gehalten werden. Dies kann jedoch zwischen Tests und verschiedenen Technikern variieren.

"Es ist in hohem Maße vom Bediener abhängig. Selbst wenn man mit der richtigen Technik die Tonometerspitze nur einen Millimeter entfernt, werden die Daten verzerrt. Und wenn man das Tonometer zu stark herunterdrückt, wird es zu viel Druck auf das Gefäß ausüben." Das betrifft auch die Daten ", sagte Chonghe Wang, Co-Erstautor und Nanoengineering-Student an der UC San Diego.

Tonometer erfordern außerdem, dass der Patient still sitzt, was eine kontinuierliche Überwachung schwierig macht und nicht empfindlich genug ist, um gute Messwerte durch Fettgewebe zu erhalten.

Das von UC San Diego geleitete Team hat eine praktische Alternative entwickelt – ein weiches, dehnbares Ultraschall-Pflaster, das auf der Haut getragen werden kann und präzise, ​​präzise Messwerte des zentralen Blutdrucks liefert, selbst wenn sich der Benutzer bewegt. Es kann immer noch eine gute Ablesung durch Fettgewebe bekommen.

Das Pflaster wurde an einem männlichen Probanden getestet, der es am Unterarm, am Handgelenk, am Hals und am Fuß trug. Tests wurden sowohl während des stationären Aufenthalts als auch während des Trainings durchgeführt.

Mit dem Patch aufgenommene Aufnahmen waren konsistenter und präziser als Aufnahmen von einem kommerziellen Tonometer. Die Pflasteraufnahmen waren auch vergleichbar mit denen, die mit einer herkömmlichen Ultraschallsonde gesammelt wurden.

Ultraschall tragbar machen

"Ein großer Fortschritt dieser Arbeit ist die Umwandlung der Ultraschalltechnologie in eine tragbare Plattform. Dies ist wichtig, weil wir damit beginnen können, kontinuierlich und nicht-invasiv große Blutgefäße tief unter der Haut zu überwachen, nicht nur in oberflächlichem Gewebe", erklärt Wang sagte.

Das Patch ist eine dünne Platte aus Silikonelastomer, die mit einer so genannten Inselbrückenstruktur strukturiert ist – eine Anordnung kleiner elektronischer Teile (Inseln), die jeweils durch federförmige Drähte (Brücken) verbunden sind. Jede Insel enthält Elektroden und Vorrichtungen, die piezoelektrische Wandler genannt werden, die Ultraschallwellen erzeugen, wenn Elektrizität durch sie hindurchgeht. Die sie verbindenden Brücken bestehen aus dünnen, federartigen Kupferdrähten. Die Insel-Brücken-Struktur ermöglicht es dem gesamten Patch, sich an die Haut anzupassen und sich zu dehnen, zu biegen und zu verdrehen, ohne die elektronische Funktion zu beeinträchtigen.

Das Pflaster verwendet Ultraschallwellen, um kontinuierlich den Durchmesser eines pulsierenden Blutgefäßes zu messen, das bis zu vier Zentimeter unter der Haut liegt. Diese Informationen werden dann mithilfe von benutzerdefinierter Software in eine Wellenform umgewandelt.

Jede Spitze, jedes Tal und jede Kerbe in der Wellenform sowie die Gesamtform der Wellenform repräsentieren eine spezifische Aktivität oder ein bestimmtes Ereignis im Herzen. Diese Signale liefern eine Vielzahl von detaillierten Informationen für Ärzte, die die kardiovaskuläre Gesundheit eines Patienten beurteilen. Sie können verwendet werden, um eine Herzinsuffizienz vorherzusagen, festzustellen, ob die Blutversorgung in Ordnung ist, usw.

Nächste Schritte

Forscher merken an, dass das Pflaster noch einen langen Weg vor der Klinik hat. Zu den Verbesserungen gehört die Integration einer Stromquelle, Datenverarbeitungseinheiten und drahtloser Kommunikationsfunktionen in das Patch.

"Im Moment müssen diese Fähigkeiten durch Drähte von externen Geräten geliefert werden. Wenn wir diese vom Tisch zum Bett bringen wollen, müssen wir all diese Komponenten an Bord nehmen", sagte Xu.

Das Team möchte in der nächsten Phase des Projekts mit Experten für Datenverarbeitung und drahtlose Technologien zusammenarbeiten.

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