Носимый ультразвуковой датчик совершает революцию в непрерывном мониторинге артериального давления

Исследователи проверили новый портативный ультразвуковой датчик артериального давления (АД), подтвердив его точность и безопасность в различных клинических условиях. Этот неинвазивный датчик обеспечивает непрерывный и надежный мониторинг АД, поддерживает калибровку в течение одного года и адаптируется к различным состояниям пациента.

Изучать: Клиническая валидация носимого ультразвукового датчика артериального давления. Изображение предоставлено: Scarfsinn / Shutterstock.com

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Природная биомедицинская инженерия обсуждаются результаты проверочных исследований, оценивающих точность нового носимого датчика артериального давления (АД) в клинических условиях.

Современные методы измерения АД

Сфигмоманометр, наиболее часто используемый инструмент для измерения АД, использует надувную манжету на плече и измеряет АД над плечевой артерией. Этот инструмент обеспечивает отдельные измерения диастолического и систолического АД, которые изолированы друг от друга временем, необходимым для каждого цикла инфляции-дефляции.

Непрерывная оценка АД в настоящее время основана на использовании артериальной линии (А-линии). Однако этот метод часто бывает болезненным и инвазивным, что ограничивает его использование пациентами интенсивной терапии.

Другие методы, такие как фотоплетизмография, зависят от локальных изменений объема крови, которые коррелируют с АД. Этот метод применим к капиллярам глубиной менее восьми миллиметров (мм), и наблюдаемые изменения значительно отличаются от изменений в плечевой артерии.

Последние достижения в области датчиков АД

Носимые механические датчики неинвазивны, поскольку они обнаруживают отклонения кожи, вызванные пульсацией в нижележащих периферических артериях, которые можно преобразовать в показания АД. Однако на точность этих измерений могут влиять характеристики кожи, включая эластичность и подкожный жир, а также внешняя температура и влажность.

Для сравнения, носимые ультразвуковые датчики могут проходить через ткани на значительную глубину без значительного ослабления сигнала. Высокочастотные ультразвуковые устройства обеспечивают высокое разрешение, что позволяет точно определять пульсацию артерий, а не прогибы кожи.

Эти датчики могут обеспечить непрерывный мониторинг АД неинвазивным способом. Однако из-за использования изолированных акустических окон могут возникнуть неточности, которые могут привести к ошибкам измерений. Кроме того, безопасность и эффективность носимых ультразвуковых датчиков АД не были полностью подтверждены.

Об исследовании

В текущем исследовании использовались строгие критерии для проверки измерений, полученных с помощью полностью переработанного портативного ультразвукового датчика АД. Этот датчик был протестирован в различных условиях, в том числе в домашних условиях, амбулаторных клиниках, лабораториях катетеризации сердца и отделениях интенсивной терапии (ОИТ).

Целью исследования было оценить возможность безопасного и надежного использования этого датчика, обеспечивая результаты, соответствующие самым высоким клиническим стандартам.

Переосмысление конструкции датчика

Плечевая и лучевая артерии, обычно используемые для измерения АД, имеют ширину всего от двух до пяти мм и глубину от трех до 20 мм, с относительно жесткими стенками, в отличие от крупных и гибких центральных артерий.

Преобразователь был перепроектирован с использованием близко расположенной матрицы датчиков с малым шагом, что позволило обеспечить акустическое окно диаметром 10 мм, а не отдельные окна. Это позволяет избежать риска неточности, вызванной несоосностью, и обеспечивает полный охват сосуда.

Датчик обеспечивает превосходную точность и стабильность измерений благодаря наличию подложки толщиной 500 мкм. Этот слой сводит к минимуму чрезмерные вибрации активированного датчика, тем самым уменьшая длину принимаемых радиочастотных импульсов и способствуя точному обнаружению пульсаций стенки, даже от жестких периферических артерий.

Этот датчик имеет превосходную износостойкость, поскольку его толщина составляет всего около 800 микрометров (мкм) и он адаптируется к характеристикам кожи. Кроме того, датчик очень долговечен и может быть стерилизован, что делает его пригодным для долгосрочного мониторинга.

Недавно разработанный датчик соответствует рекомендациям Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) Track 1 по безопасности для диагностических ультразвуковых устройств. Более того, его можно использовать в течение длительного времени, так как он не вызывает неблагоприятных биологических эффектов из-за нагревания. Годовое сравнительное исследование датчика подтвердило его способность сохранять точную калибровку в течение этого периода.

Валидационные исследования

Датчик точно отслеживал изменения АД в домашних условиях с учетом положения, позы, физических упражнений, расслабления и биохимических сдвигов, вызванных употреблением кофеина или пищи. Результаты согласовывались с результатами, полученными с помощью сфигмоманометрии, как по амплитуде, так и по направлению изменений при 95,8% совпадении систолического АД (САД), 98,5% среднего артериального давления (САД) и 93,2% диастолического АД (ДАД).

В поликлинике столь же высокая конкордантность наблюдалась с вмешательствами, направленными на вызывание колебаний АД путем изменения позы. Однако большие различия наблюдались между показаниями в положении стоя, что может быть связано с некоторыми пациентами с неврологическими заболеваниями, которые могут вызывать ортостатическую гипотензию. Ошибка сфигмоманометра из-за постоянных колебаний при изменении позы также могла способствовать этим различиям.

В лаборатории катетеризации сердца используются А-линии для мониторинга изменений АД в ответ на седацию, сосудистую релаксацию, кровопотерю и изменения сердечного выброса. В этих условиях измерения, полученные с помощью ультразвуковых датчиков, существенно не отличались от результатов, полученных с помощью А-линий. Форма волны от плечевой артерии также продемонстрировала высокую линейную корреляцию с кривой А-линии от центральных артерий.

Показания датчиков и А-линии, полученные в условиях отделения интенсивной терапии, также показали сильное совпадение.

Значение

Неинвазивные непрерывные измерения АД могут выявить небольшие отклонения, которые могут отражать повышенный риск сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ), включая пароксизмальную гипертензию, вегетативную дисфункцию или ночную гипертензию.

Постоянное использование этого устройства в различных ситуациях и контекстах минимизировало гипертонию белого халата и мешающее влияние повседневной деятельности и лекарств на показания АД. Эти факторы часто игнорируются при разработке таких прототипов.

Выводы

Результаты исследования подтверждают точность носимого ультразвукового датчика АД с использованием строгого и комплексного клинического протокола. Его безопасность и отличные характеристики были подтверждены при сравнении как с широко используемыми измерениями сфигмоманометра, так и с А-линиями, последние из которых являются золотым стандартом для непрерывного измерения АД.

Датчик удобен и надежен для повседневной деятельности, может поддерживать калибровку не менее одного года и не зависит от особенностей кожи. Более того, он эффективно отслеживал изменения АД в течение 12 часов в отделении интенсивной терапии.

Эти совокупные характеристики позволяют предположить, что ультразвуковой датчик является точным и надежным для возможного использования в домашних условиях и в обычных клинических условиях.».

Необходимы дополнительные исследования для выявления любых изменений показателей АД в ответ на реакцию артериальной стенки на сердечную аритмию. Также следует оценить потенциальную необходимость повторной калибровки при использовании у тяжелобольных пациентов со значительной гемодинамической нестабильностью.

Воспроизводимость между операторами должна быть обеспечена до внедрения этого устройства в индустриализацию. Повышенная энергоэффективность и автоматическая интеграция устройства с информационными системами больницы помогут загружать данные о АД без задержек и потери точности.