Носимое устройство для измерения артериального давления крепится как повязка для непрерывного измерения в режиме реального времени.
Инженерный колледж Сеульского национального университета объявил, что исследовательская группа разработала носимое электронное устройство, которое крепится к коже как пластырь и позволяет осуществлять непрерывный мониторинг артериального давления в режиме реального времени в течение длительного периода времени.
В отличие от обычных приборов для измерения артериального давления с манжетой, в которых для оказания давления на руку используется надувная воздушная камера, эта новая технология непрерывно измеряет артериальное давление с помощью компактного, гибкого электронного пластыря, привлекая внимание во всем мире своим удобством и инновационным дизайном.
Это совместное исследование было проведено совместно с Университетом Карнеги-Меллона и опубликовано в онлайн-издании журнала « Advanced Functional Materials» . Группу исследователей возглавлял профессор Сын Хван Ко из Лаборатории носимой мягкой электроники кафедры машиностроения.
Во всем мире лишь 21% из примерно 1,3 миллиарда человек с гипертонией эффективно контролируют это состояние, что представляет собой серьёзную проблему для общественного здравоохранения. Однако широко распространённый в настоящее время метод измерения артериального давления с помощью манжеты ограничивается однократными измерениями, что затрудняет непрерывный контроль.
Кроме того, размер манжеты вызывает дискомфорт, что делает её непригодной для длительного мониторинга артериального давления в повседневной жизни. Кроме того, неточность измерений может быть вызвана неправильным положением манжеты или изменениями, вызванными стрессом во время использования.
Подобные ограничения препятствуют выявлению динамических изменений артериального давления, связанных с состоянием здоровья и образом жизни человека, что затрудняет раннюю диагностику и профилактику сердечно-сосудистых заболеваний. Существует острая потребность в новых технологиях, позволяющих пациентам комфортно и непрерывно измерять артериальное давление, просто прикрепляя устройство к коже.
Исследовательская группа, которая занялась этой проблемой, разработала технологию непрерывного мониторинга артериального давления, основанную на наблюдении, что время, необходимое для того, чтобы электрические сигналы (электрокардиограмма) и механические сигналы (импульс), одновременно генерируемые в сердце, достигли запястья, варьируется в зависимости от артериального давления.
Электрические сигналы быстро передаются по всему телу сразу после сокращения сердца, поэтому они практически сразу же обнаруживаются на запястье. С другой стороны, механические сигналы передаются с задержкой, поскольку кровь выталкивается во время сердечного сокращения, поэтому коже запястья требуется некоторое время, чтобы немного сдвинуться после удара сердца.
Эта разница во времени напрямую связана с артериальным давлением. При высоком артериальном давлении скорость кровотока увеличивается, сокращая разницу во времени между двумя сигналами. И наоборот, при низком артериальном давлении эта разница увеличивается. Основываясь на этом принципе, исследовательская группа разработала модель, которая непрерывно измеряет систолическое и диастолическое артериальное давление, точно определяя два сигнала при каждом сердечном сокращении и анализируя результаты.
Изготовление и эксплуатационные характеристики носимых устройств из жидкого металлаa. Концепция процесса лазерного спекания частиц жидкого металлаb. Внешний вид неспеченных частиц жидкого металлаc. Внешний вид после лазерного спеканияd. Результаты рамановской спектроскопии, сравнивающие необработанные и обработанные лазером образцыe. Минимальное разрешение рисунка — тоньше человеческого волосаf. Нанесение схемы из жидкого металла на кожу. Характеристики распределения рисунка с лазерным и трафаретным нанесением. Источник: Advanced Functional Materials
Однако обнаружить едва заметные изменения кожи, вызванные притоком крови, непросто. Поэтому исследовательская группа сделала следующий шаг и разработала электронное устройство, которое естественным образом прилегает к коже пациента, используя уникальный материал под названием жидкий металл. Жидкий металл, сохраняющий жидкое состояние даже при комнатной температуре и хорошо проводящий электричество, подходит в качестве материала для этого электронного устройства, поскольку обладает такой же эластичностью, как и кожа.
Однако жидкий металл обладает очень высоким поверхностным натяжением, что крайне затрудняет точное рисование схем или создание фиксированных форм. Чтобы преодолеть это ограничение, исследовательская группа разработала уникальный процесс, названный «лазерным спеканием».
Используя этот метод, включающий нагревание мелкодисперсных частиц жидкого металла лазером для их сплавления, можно создавать электрические цепи только в определённых желаемых местах. В результате исследовательская группа успешно разработала носимое электронное устройство для непрерывного измерения артериального давления, обладающее превосходной электропроводностью и легко деформируемое без использования дополнительных химических веществ.
Это электронное устройство обладает превосходными электрическими и механическими характеристиками, что позволяет ему точно измерять как электрокардиограммы, так и частоту сердечных сокращений. Кроме того, исследовательская группа экспериментально подтвердила, что устройство сохраняет свои характеристики даже при растяжении до 700% от первоначальной длины или при многократном растяжении более 10 000 раз.
Более того, они успешно измерили быстрый подъем и восстановление артериального давления до и после реальных физических упражнений, продемонстрировав более точные возможности мониторинга артериального давления, чем существующий метод с использованием манжеты.
Ожидается, что разработанное в рамках данного исследования носимое электронное устройство для непрерывного измерения артериального давления произведет революцию в нашем подходе к ежедневному контролю за здоровьем. Простое крепление на запястье позволяет отслеживать изменения артериального давления в режиме реального времени , устраняя неудобства, связанные с необходимостью измерять давление только в больницах или стационарных условиях, как раньше. Это электронное устройство особенно полезно пациентам с хроническими заболеваниями, такими как гипертония, которую часто называют «тихим убийцей», позволяя им контролировать свое текущее состояние в любое время и в любом месте.
Он также может отслеживать резкие изменения или восстановление артериального давления во время физических упражнений, что делает его полезным для персонализированных рекомендаций по физическим нагрузкам и фитнес-коучинга. Более того, он обладает промышленным потенциалом в качестве базовой технологии, которую можно интегрировать в различные типы носимых устройств, такие как умные часы, медицинские устройства-накладки и воздухопроницаемые датчики, надеваемые на одежду. В долгосрочной перспективе ожидается, что он будет способствовать ускорению наступления эры интеллектуального здравоохранения, когда каждый сможет предотвращать заболевания и следить за своим здоровьем в повседневной жизни, а не в больницах.
Профессор Ко, возглавлявший исследование, прокомментировал: «Это исследование бросает вызов общепринятому мнению о том, что измерение артериального давления неудобно и достаточно одного раза в день. Наша система предлагает новый интерфейс для здравоохранения, способный неинвазивно обнаруживать и анализировать физиологические сигналы в режиме реального времени».
«Учитывая потенциальные возможности применения этой технологии в мониторинге интенсивной терапии, обеспечении безопасности на рабочем месте и анализе данных о здоровье и образе жизни, она может стать практическим инструментом для улучшения качества жизни в современную эпоху».
Соавторы Чон Чжэ Пак и Сану Хон работают над дальнейшими исследованиями для дальнейшего развития технологии интеллектуальных датчиков на основе биосигналов, основанными на данном исследовании. Исследователи планируют продолжить свои исследования, чтобы повысить практичность и расширяемость этой технологии путем интеграции различных материалов-подложек, функций беспроводной связи и технологий анализа данных на основе искусственного интеллекта.