Cerotto che monitora la pressione arteriosa

Creato cerotto dotato di finestre ecografiche strettamente collegate e di uno strato di supporto che migliora la precisione e l'affidabilità del sensore per soddisfare i più elevati requisiti degli standard clinici

Le opzioni per il monitoraggio continuo e non invasivo della pressione arteriosa sono limitate. Gli sfigmomanometri con bracciale sono ampiamente disponibili, ma forniscono solo misurazioni discrete. L’approccio clinico gold standard per il monitoraggio continuo della pressione arteriosa richiede una linea arteriosa, che è troppo invasiva per l’uso di routine. Gli ultrasuoni indossabili per il monitoraggio continuo e non invasivo della pressione sanguigna promettono di elevare la qualità della cura del paziente, ma le finestre ecografiche isolate nei prototipi più avanzati possono portare a misurazioni imprecise o soggette a errori, nonché la sicurezza e le prestazioni di questi dispositivi non sono stati valutati approfonditamente.

Un team di ricercatori dell’University of California San Diego ha sviluppato un nuovo e migliorato cerotto a ultrasuoni 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 di pressione sanguigna a ultrasuoni indossabile a essere sottoposto a una convalida clinica rigorosa e completa su oltre 100 pazienti.

La tecnologia, pubblicata su Nature Biomedical Engineering (1), ha il potenziale per migliorare la qualità del monitoraggio della salute cardiovascolare in clinica e 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 modelli critici. Il nostro cerotto indossabile offre un flusso continuo di dati sulla forma d’onda della pressione sanguigna, consentendogli di rivelare tendenze dettagliate nelle fluttuazioni della pressione sanguigna», ha affermato il dottor Meet Sai Zhou (2), coautore dello studio, che si è recentemente laureato con il suo dottorato di ricerca in scienza e ingegneria dei materiali presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego.

Il cerotto è un dispositivo morbido ed elastico, delle dimensioni di un francobollo, che aderisce alla pelle. Se indossato sull'avambraccio, offre letture precise e in tempo reale della pressione sanguigna nelle profondità del corpo. Il cerotto è costituito da 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 i cambiamenti nel diametro dei vasi sanguigni per poi venire convertiti in valori di pressione sanguigna.

Miglioramenti tecnologici agli ultrasuoni indossabili

Il cerotto ecografico indossabile si basa su un prototipo precedente che è stato sperimentato dal laboratorio di Sheng Xu, professore presso il Dipartimento di chimica e nanoingegneria della famiglia Aiiso Yufeng Li presso l’University of California San Diego. I ricercatori hanno riprogettato il cerotto apportando due miglioramenti chiave per accrescere le prestazioni con lo scopo di monitorare di continuo la pressione sanguigna.

In primo luogo, hanno ravvicinato i trasduttori piezoelettrici, consentendo loro di fornire una copertura più ampia in modo da poter indirizzare meglio le arterie più piccole come le arterie brachiale e radiale, che sono più clinicamente 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 sanguigna e di un altro dispositivo clinico chiamato linea arteriosa, che è un sensore inserito in un’arteria per monitorare continuamente la pressione sanguigna. Sebbene la linea arteriosa sia il gold standard per la misurazione della pressione arteriosa nelle unità di terapia intensiva e nelle sale operatorie, è altamente invasiva, limita la mobilità del paziente e può causare dolore o disagio. Il cerotto fornisce un'alternativa più semplice e affidabile, come dimostrato nei test di validazione condotti su pazienti sottoposti a procedure di linea arteriosa nei laboratori di cateterizzazione cardiaca e nelle unità di terapia intensiva.

Validazione clinica completa

I ricercatori hanno condotto test approfonditi per convalidare la sicurezza e l’accuratezza del cerotto. Un totale di 117 soggetti hanno 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 o una gamba, eseguire calcoli mentali, meditare, consumare pasti e consumare bevande energetiche. In un gruppo più ampio di 85 soggetti, il cerotto è stato testato durante i cambiamenti di postura, come il passaggio dalla posizione seduta a quella in piedi. I risultati del cerotto corrispondevano strettamente a quelli dei polsini per la pressione sanguigna in tutti i test.

La capacità del cerotto di monitorare continuamente la pressione sanguigna è stata valutata in 21 pazienti in un laboratorio di cateterizzazione cardiaca e in quattro pazienti ricoverati nell’unità di terapia intensiva dopo l’intervento chirurgico. Le misurazioni del cerotto concordavano strettamente con i risultati della linea arteriosa, dimostrando il suo potenziale come alternativa non invasiva.

«Un grande progresso di questo lavoro è il modo in cui abbiamo convalidato a fondo questa tecnologia, grazie al lavoro dei nostri collaboratori medici», ha affermato Xu. «La pressione sanguigna può variare a seconda di fattori come la sindrome da 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 per noi è stato così importante testare questo dispositivo in un’ampia varietà di contesti clinici e reali. Molti studi sui dispositivi indossabili saltano questi passaggi durante lo sviluppo, ma noi ci siamo assicurati di coprirli tutti».

Il team di ricerca si sta preparando per studi clinici su larga scala e prevede di integrare l’apprendimento automatico per migliorare ulteriormente le capacità del dispositivo. Sono inoltre in corso sforzi per convalidare una versione wireless, alimentata a batteria, per un uso a lungo termine e una perfetta integrazione con i sistemi ospedalieri esistenti.

Gli autori che hanno contribuito a questo lavoro sono: Sai Zhou, Geonho Park, Katherine Longardner, Muyang Lin, Baiyan Qi, Xinyi Yang, Xiaoxiang Gao, Hao Huang, Xiangjun Chen, Yizhou Bian, Hongjie Hu, Ray S. Wu, Wentong Yue, Mohan Li, Chengchangfeng Lu, Ruotao Wang, Siyu Qin, Isac Thomas, Benjamin Smarr, Erik B. Kistler, Belal Al Khiami, Irene Litvan and Sheng Xu, UC San Diego; e Esra Tasali e Theodore Karrison, l'University of Chicago. Questo lavoro è stato sostenuto dal Wellcome Trust Innovator Award (WT215841/Z/19/Z) e dal National Institutes of Health (1 R01 EB3346401). Tutti i bioesperimenti sono stati condotti in conformità con le linee guida etiche del National Institutes of Health e con l'approvazione degli Institutional Review Boards dell'Università della California a San Diego.

Riferimenti:

(1) Clinical validation of a wearable ultrasound sensor of blood pressure

(2) Meet Sai Zhou

Descrizione foto: Questo piccolo cerotto elastico utilizza gli ultrasuoni per monitorare continuamente la pressione sanguigna nelle profondità del corpo. Una validazione clinica completa su 117 soggetti, compresi i pazienti in terapia intensiva, ha dimostrato il suo potenziale come alternativa più semplice e affidabile agli attuali metodi clinici per il monitoraggio della pressione sanguigna. - Credit: David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Researchers Develop Clinically Validated, Wearable Ultrasound Patch for Continuous Blood Pressure Monitoring