I ricercatori sviluppano un cerotto ecografico indossabile per il monitoraggio continuo della pressione sanguigna / Researchers Develop Wearable Ultrasound Patch for Continuous Blood Pressure Monitoring
I ricercatori sviluppano un cerotto ecografico indossabile per il monitoraggio continuo della pressione sanguigna / Researchers Develop Wearable Ultrasound Patch for Continuous Blood Pressure Monitoring
Un gruppo di ricercatori dell'Università della California di San Diego ha sviluppato un nuovo e migliorato cerotto ecografico indossabile per il monitoraggio continuo e non invasivo della pressione sanguigna.
Il loro lavoro segna una pietra miliare importante, poiché il dispositivo è il primo sensore indossabile ad ultrasuoni per la pressione sanguigna ad essere sottoposto ad una rigorosa e completa convalida clinica su oltre 100 pazienti.
La tecnologia, pubblicata il 20 novembre su Nature Biomedical Engineering, ha il potenziale per migliorare la qualità del monitoraggio della salute cardiovascolare in clinica ed a casa.
"Le tradizionali misurazioni della pressione sanguigna con un bracciale, che si limitano a fornire valori di pressione sanguigna una tantum, possono non rilevare andamenti critici. Il nostro cerotto indossabile offre un flusso continuo di dati sulla forma d'onda della pressione sanguigna, consentendo di rivelare tendenze dettagliate nelle fluttuazioni della pressione sanguigna", ha affermato Sai Zhou, coautore principale dello studio, che ha recentemente conseguito un dottorato di ricerca in scienza e ingegneria dei materiali presso la Jacobs School of Engineering dell'UC San Diego.
Il cerotto è un dispositivo morbido ed elastico, delle dimensioni di un francobollo, che aderisce alla pelle. Indossato sull'avambraccio, offre letture precise ed in tempo reale della pressione sanguigna in profondità nel corpo. Il cerotto è realizzato in un elastomero siliconico che ospita una serie di piccoli trasduttori piezoelettrici inseriti tra elettrodi di rame estensibili. I trasduttori trasmettono e ricevono onde ultrasoniche che tracciano le variazioni del diametro dei vasi sanguigni, che vengono poi convertite in valori di pressione sanguigna.
Il cerotto ecografico indossabile si basa su un prototipo precedente, sviluppato dal laboratorio di Sheng Xu, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Nano Aiiso Yufeng Li Family dell'Università della California a San Diego. I ricercatori hanno riprogettato il cerotto con due miglioramenti chiave per migliorarne le prestazioni nel monitoraggio continuo della pressione sanguigna. In primo luogo, hanno avvicinato i trasduttori piezoelettrici, consentendo loro di fornire una copertura più ampia e di mirare meglio alle arterie più piccole come le arterie brachiale e radiale, che sono clinicamente più rilevanti. In secondo luogo, hanno aggiunto uno strato di supporto per smorzare le vibrazioni ridondanti dei trasduttori, con conseguente miglioramento della chiarezza del segnale e della precisione di tracciamento delle pareti arteriose.
Nei test, il dispositivo ha prodotto risultati paragonabili a quelli di un bracciale per la pressione arteriosa e di un altro dispositivo clinico chiamato catetere arterioso, ovvero un sensore inserito in un'arteria per monitorare costantemente la pressione arteriosa. Sebbene il catetere arterioso sia il gold standard per la misurazione della pressione arteriosa nelle unità di terapia intensiva e nelle sale operatorie, è altamente invasivo, limita la mobilità del paziente e può causare dolore o fastidio. Il cerotto offre un'alternativa più semplice e affidabile, come dimostrato dai test di validazione condotti su pazienti sottoposti a procedure di catetere arterioso nei laboratori di cateterismo cardiaco e nelle unità di terapia intensiva.
I ricercatori hanno condotto test approfonditi per convalidare la sicurezza e l'accuratezza del cerotto. Un totale di 117 soggetti ha partecipato a studi che hanno valutato la pressione sanguigna in un'ampia gamma di attività e contesti. In una serie di test, sette partecipanti hanno indossato il cerotto durante attività quotidiane come andare in bicicletta, sollevare un braccio od una gamba, eseguire calcoli a mente, meditare, consumare pasti e bevande energetiche. In una coorte più ampia di 85 soggetti, il cerotto è stato testato durante i cambiamenti di postura, come il passaggio dalla posizione seduta a quella eretta. I risultati del cerotto sono risultati molto simili a quelli dei bracciali per la pressione sanguigna in tutti i test.
La capacità del cerotto di monitorare costantemente la pressione sanguigna è stata valutata su 21 pazienti in un laboratorio di cateterizzazione cardiaca e su quattro pazienti ricoverati in terapia intensiva dopo l'intervento chirurgico. Le misurazioni del cerotto hanno mostrato una stretta corrispondenza con i risultati ottenuti con la linea arteriosa, dimostrando il suo potenziale come alternativa non invasiva.
"Un grande passo avanti di questo lavoro è stato il modo in cui abbiamo convalidato questa tecnologia, grazie al lavoro dei nostri collaboratori medici", ha affermato Xu. "La pressione sanguigna può variare a seconda di fattori come la sindrome del camice bianco, l'ipertensione mascherata, le attività quotidiane o l'uso di farmaci, il che rende difficile ottenere una diagnosi accurata o gestire il trattamento. Ecco perché era così importante per noi testare questo dispositivo in un'ampia varietà di contesti clinici e del mondo reale. Molti studi sui dispositivi indossabili saltano questi passaggi durante lo sviluppo, ma noi ci siamo assicurati di includerli tutti".
Il gruppo di ricerca si sta preparando per sperimentazioni cliniche su larga scala e prevede di integrare l'apprendimento automatico per migliorare ulteriormente le capacità del dispositivo. Sono inoltre in corso lavori per convalidare una versione wireless, alimentata a batteria, per un utilizzo a lungo termine ed una perfetta integrazione con i sistemi ospedalieri esistenti.
ENGLISH
A team of researchers at the University of California San Diego has developed a new and improved wearable ultrasound patch for continuous and non-invasive blood pressure monitoring
Their work marks a major milestone, as the device is the first wearable ultrasound blood pressure sensor to undergo rigorous and comprehensive clinical validation on over 100 patients.
The technology, published on Nov. 20 in Nature Biomedical Engineering, has the potential to improve the quality of cardiovascular health monitoring in the clinic and at home.
“Traditional blood pressure measurements with a cuff, which are limited to providing one-time blood pressure values, can miss critical patterns. Our wearable patch offers a continuous stream of blood pressure waveform data, allowing it to reveal detailed trends in blood pressure fluctuations,” said study co-first author Sai Zhou, who recently graduated with his Ph.D. in materials science and engineering from the UC San Diego Jacobs School of Engineering.
The patch is a soft and stretchy device, about the size of a postage stamp, that adheres to the skin. When worn on the forearm, it offers precise, real-time readings of blood pressure deep within the body. The patch is made of a silicone elastomer that houses an array of small piezoelectric transducers sandwiched between stretchable copper electrodes. The transducers transmit and receive ultrasound waves that track changes in the diameter of blood vessels, which are then converted into blood pressure values.
The wearable ultrasound patch builds upon an earlier prototype that was pioneered by the lab of Sheng Xu, a professor in the Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and Nano Engineering at UC San Diego. Researchers re-engineered the patch with two key improvements to enhance its performance for continuous blood pressure monitoring. First, they packed the piezoelectric transducers closer together, enabling them to provide wider coverage so they could better target smaller arteries such as the brachial and radial arteries, which are more clinically relevant. Second, they added a backing layer to dampen redundant vibrations from the transducers, resulting in improved signal clarity and tracking accuracy of arterial walls.
In tests, the device produced comparable results to a blood pressure cuff and another clinical device called an arterial line, which is a sensor inserted into an artery to continuously monitor blood pressure. While the arterial line is the gold standard for blood pressure measurement in intensive care units and operating rooms, it is highly invasive, limits patient mobility, and can cause pain or discomfort. The patch provides a simpler and more reliable alternative, as shown in validation tests conducted on patients undergoing arterial line procedures in cardiac catheterization laboratories and intensive care units.
Researchers conducted extensive tests to validate the patch’s safety and accuracy. A total of 117 subjects participated in studies that evaluated blood pressure across a wide range of activities and settings. In one set of tests, seven participants wore the patch during daily activities such as cycling, raising an arm or leg, performing mental arithmetic, meditating, eating meals and consuming energy drinks. In a larger cohort of 85 subjects, the patch was tested during changes in posture, such as transitioning from sitting to standing. Results from the patch closely matched those from blood pressure cuffs in all tests.
The patch’s ability to continuously monitor blood pressure was evaluated in 21 patients in a cardiac catheterization laboratory and four patients who were admitted to the intensive care unit after surgery. Measurements from the patch agreed closely with results from the arterial line, showcasing its potential as a non-invasive alternative.
“A big advance of this work is how thoroughly we validated this technology, thanks to the work of our medical collaborators,” said Xu. “Blood pressure can be all over the place depending on factors like white coat syndrome, masked hypertension, daily activities or use of medication, which makes it tricky to get an accurate diagnosis or manage treatment. That’s why it was so important for us to test this device in a wide variety of real-world and clinical settings. Many studies on wearable devices skip these steps during development, but we made sure to cover it all.”
The research team is preparing for large-scale clinical trials and plans to integrate machine learning to further improve the device’s capabilities. Efforts are also underway to validate a wireless, battery-powered version for long-term use and seamless integration with existing hospital systems.
Da:
https://www.eurekamagazine.co.uk/content/news/researchers-develop-wearable-ultrasound-patch-for-continuous-blood-pressure-monitoring?utm_source=content_recommendation&utm_medium=blueconic
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