一種新型可穿戴超聲波貼片可以無創地監測皮下動脈血壓

一種新型可穿戴超聲波貼片可以無創地監測皮下動脈血壓，還可以幫助人們更早且更精確地檢測出心血管問題。在測試血壓過程中，該貼片表現得像一些臨床診斷方法一樣好。

應用包括實時、持續監測心臟病或肺病患者的血壓變化，以及重症患者或接受手術的患者。 該貼片使用超聲波，因此它可能用於非侵入性地跟蹤來自身體深處的其他生命體征和生理信號。

當佩戴在脖子上時，該裝置記錄頸動脈（CA），頸內靜脈（Int JV）和頸外靜脈（Ext JV）的中心血壓。（圖片來源：Chonghe Wang）

參與該研究的醫生表示，該技術可用於各種住院手術。

「這有可能成為心血管醫學的一個重要補充，」該論文的合作者、加州大學聖地亞哥分校放射科Brady Huang博士說。「在手術室，尤其是複雜的心肺手術中，需要對中央血壓進行準確的實時評估 - 這是該設備有可能取代傳統方法的地方。」

一種替代臨床方法的方便選擇

該裝置測量中心血壓 – 這與用圍繞上臂纏繞的可充氣袖帶測量的血壓不同，也就是不同於外周血壓。中心血壓是中心血管中的壓力，其將血液直接從心臟輸送到全身的其他主要器官。醫學專家認為中心血壓比外周血壓更準確，並且還說它更能預測心臟病。

然而，在常規檢查中不可能測量中心血壓。最先進的臨床方法是侵入性的，包括將導管插入患者手臂，腹股溝或頸部的血管中並將其引導至心臟。

存在非侵入性方法，但它不能一直有精準的讀數。這種方法涉及在主要血管正上方的皮膚上插入一個稱為血壓計的筆狀探針。為了獲得良好的讀數，血壓計必須保持穩定，每次都保持正確的角度和適當的壓力。但這種結果可能會因測試和不同的技術人員而異。

「它非常依賴操作人員。即使使用適當，如果您將血壓計尖端移動一毫米，數據也會失真。如果你把血壓計壓得太緊，就會給血管施加太大的壓力，這也會影響數據，」該研究的共同第一作者、加州大學聖地亞哥分校納米工程研究生Chonghe Wang說。血壓計還需要患者靜坐 - 這使連續監測變得困難 - 並且它不夠敏感，無法通過脂肪組織獲得良好的讀數。

加州大學聖地亞哥分校領導的研究團隊開發了一種方便的替代方案 - 一種柔軟的、有彈性的超聲波貼片，這種貼片可以佩戴在皮膚上，每次即使在用戶移動時也能提供準確且精確的中心血壓讀數。它也可以通過脂肪組織獲得良好的讀數。

島橋結構允許貼片具有柔韌性和可拉伸性。（圖片來源：Chonghe Wang）

該貼片在男性受試者身上進行的測試，該受試者在前臂，手腕，頸部和腳部佩戴該貼片。在受試者靜止和運動期間進行測試。使用貼片收集的記錄比商業血壓計的記錄更加一致和精確。貼片記錄也與使用傳統超聲探頭收集的記錄相當。

使超聲波可穿戴

「這項工作的一個重大進步是它將超聲波技術轉變為可穿戴平台。這很重要，因為現在我們可以開始對皮膚深層的主要血管進行持續的，非侵入性的監測，而不僅僅是在淺層組織中。」Wang說。

該貼片是一層薄薄的具有所謂的「島橋」結構的有機硅橡膠 - 一系列小型電子部件（島），每個都由彈簧形電線（橋）連接。每個島都包含稱為壓電感測器的電極和設備，當電流通過時會產生超聲波。連接它們的橋樑由薄的彈簧狀銅線製成。島橋結構允許整個貼片在不影響電子功能的情況下貼合皮膚，也可以伸展，彎曲和扭曲。

貼片使用超聲波連續記錄位於皮下四厘米深的動脈血管的直徑。然後，使用定製軟體將該信息轉換為波形。波形中的每個峰，谷和凹口以及波形的整體形狀代表心臟中的特定活動或事件。這些信號為醫生評估患者的心血管健康提供了大量詳細信息。它們可用於預測心力衰竭，確定血液供應是否良好等。

下一步

研究人員指出，在可用於實際診斷之前，這種貼片還有很長的路要走。改進包括將電源，數據處理單元和無線通信功能集成到貼片中。

「現在，這些功能必須通過外部設備的電線傳輸。如果我們想把它從台架移到床邊，我們需要將所有這些組件放在一起。」Xu說。

該團隊正在為項目的下一階段尋求與數據處理和無線技術專家合作。

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