科学家研发新型可穿戴式超声波贴片 不用动刀就能监测皮下深处的血压

(图源：ScienceDaily)

科学家研发出了一种新的可穿戴式超声贴片，它可以非侵入性地监测皮肤深处动脉的血压，可以帮助人们更早、更精确地发现心血管问题。

在测试中，贴片和一些临床测量血压的方法一样有效。

应用包括实时、持续地监测心脏病或肺病患者以及危重病人或正在接受手术的病人的血压变化。

这种贴片使用超声波，因此它可能被用于非侵入性地追踪身体深处的其他生命体征和生理信号。

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的一个研究小组在9月11日发表在《自然生物医学工程》上的一篇论文中描述了他们的工作。

“到目前为止，可穿戴设备仅限于感知皮肤表面或皮下的信号。但这只是冰山一角。”

“通过将超声技术集成到可穿戴设备中，我们可以用非侵入性的方式开始捕捉大量其他信号、生物事件等在皮肤下进行的活动。”

“我们正在为可穿戴电子产品的传感范围增加第三维度。” Xu说，他也是加州大学圣地亚哥分校可穿戴传感器中心的成员。

新的超声贴片可以连续监测皮肤下4厘米(超过1英寸)的大动脉中央血压。

参与这项研究的医生们说，这项技术将在各种住院治疗中发挥作用。

“这有可能成为心血管医学的一个伟大的补充，”Brady Huang博士说，他是这篇论文的合著者，同时也是加州大学圣地亚哥卫生学院的放射学家。

“在手术室，尤其是在复杂的心肺程序中，需要精确地实时评估中枢血压——这是该设备有潜力取代传统方法的地方。”

一种方便的替代临床方法

这种仪器测量的是中心血压，与用绑在上臂上的充气式袖带测量的血压不同。

中心血压是中心血管的压力，它将血液直接从心脏输送到全身其他主要器官。医学专家认为中枢血压比外周血更准确，而且在预测心脏病方面也更有效。

然而，测量中枢血压在常规检查中并不常见。

最先进的临床方法是侵入性的，将导管插入病人手臂、腹股沟或颈部的血管，并引导其进入心脏。

一种非侵入性的方法存在，但它不能持续地产生准确的读数。

它包括拿一个笔状的探针，称为血压计，在皮肤上寻找一条主要的血管上方位置。为了得到一个好的读数，血压计必须每次保持稳定在正确的角度和正确的压力。

但这在不同的测试和不同的技术人员之间是不同的。

“这是高度取决于操作者的。即使使用适当的技术，如果你把眼压计的尖端移开一毫米，数据就会失真。如果你把眼压计压得太用力，就会给血管施加太大的压力，这也会影响数据。”

“血压计还要求患者安静地坐着——这使得持续监测变得困难——而且不够敏感，无法透过脂肪组织获得良好的读数。”

由加州大学圣地亚哥分校(UC San diego)领导的研究小组开发了一种方便的替代方案——一种柔软、有弹性的超声波贴片，可以贴在皮肤上，即使使用者在移动，也能每次准确、精确地测量中枢血压。

它也可以透过脂肪组织得到良好的读数。

该贴片在一名男性受试者身上进行了测试，他在受试者的前臂、手腕、脖子和脚上都佩戴了贴片。

测试是在受试者静止和运动期间进行的。

与商业血压计相比，贴片收集的记录更加一致和精确。这种贴片记录也可以与传统超声探头采集到的记录相媲美。

使超声波可穿戴

“这项工作的一个重大进展是，它将超声技术转变为可穿戴平台。这很重要，因为现在我们可以开始对皮下主要血管进行持续的、非侵入性的监测，而不仅仅是在浅表组织中。”

这个贴片是由硅树脂弹性体制成的薄板，上面有所谓的“岛桥”结构：一系列小型电子部件(岛屿)，每个部件都由弹簧状的电线(桥)连接起来。

每个岛都有电极和称为压电换能器的装置，当电流通过时，这些装置会产生超声波。连接他们的桥梁是由薄的，弹簧一样的铜线。

岛桥结构允许整个贴片符合皮肤并受到拉伸、弯曲和扭曲，而不损害电子功能。

这种贴片利用超声波连续记录下皮肤下4厘米深的动脉血管的直径。然后使用定制软件将这些信息转换成波形。

波形中的每一个峰、谷和凹槽，以及波形的整体形状，都代表了心脏中的一个特定活动或事件。

这些信号为医生评估患者心血管健康提供了大量的详细信息。它们可以用来预测心力衰竭，判断血液供应是否正常等等。

下一个步骤

研究人员指出，这种贴片在进入诊所之前还有很长的路要走。改进包括将电源、数据处理单元和无线通信能力集成到贴片中。

“现在，这些功能必须通过外部设备的电线传输。如果我们想把它从台式电脑移到床边，我们需要把所有这些部件都移动过去。”

该团队希望与数据处理和无线技术方面的专家合作，为项目的下一阶段工作做好准备。