Un nuovo cerotto ad ultrasuoni indossabile che monitora in modo non invasivo la pressione sanguigna nelle arterie in profondità sotto la pelle potrebbe aiutare le persone a rilevare i problemi cardiovascolari prima e con maggiore precisione. Nei test, la patch eseguita così come alcuni metodi clinici per misurare la pressione sanguigna.

Le applicazioni includono in tempo reale, monitoraggio continuo delle variazioni della pressione sanguigna in pazienti con malattie cardiache o polmonari, così come i pazienti in condizioni critiche o sottoposti a intervento chirurgico. Il cerotto utilizza gli ultrasuoni, quindi potrebbe essere potenzialmente utilizzato per tracciare in modo non invasivo altri segni vitali e segnali fisiologici da luoghi profondi all'interno del corpo.

Un team di ricercatori guidati dall'Università della California San Diego descrive il loro lavoro in un documento pubblicato l'11 settembre in Ingegneria biomedica della natura .

"Finora i dispositivi indossabili si sono limitati a rilevare segnali sulla superficie della pelle o proprio sotto di essa. Ma è come vedere solo la punta dell'iceberg, " disse Sheng Xu, un professore di nanoingegneria presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering e l'autore corrispondente dello studio. "Integrando la tecnologia a ultrasuoni nei dispositivi indossabili, possiamo iniziare a catturare un sacco di altri segnali, eventi e attività biologiche che si svolgono molto al di sotto della superficie in modo non invasivo".

"Stiamo aggiungendo una terza dimensione alla gamma di rilevamento dell'elettronica indossabile, " disse Xu, che è anche affiliato al Center for Wearable Sensors dell'UC San Diego.

Il nuovo cerotto a ultrasuoni può monitorare continuamente la pressione sanguigna centrale nelle arterie principali fino a quattro centimetri (più di un pollice) sotto la pelle.

I medici coinvolti nello studio affermano che la tecnologia sarebbe utile in varie procedure ospedaliere.

"Questo ha il potenziale per essere una grande aggiunta alla medicina cardiovascolare, " ha detto il dottor Brady Huang, un co-autore della carta e radiologo presso l'UC San Diego Health. "In sala operatoria, soprattutto in procedure cardiopolmonari complesse, è necessaria una valutazione accurata in tempo reale della pressione sanguigna centrale:è qui che questo dispositivo ha il potenziale per soppiantare i metodi tradizionali".

Una comoda alternativa ai metodi clinici

Il dispositivo misura la pressione sanguigna centrale, che differisce dalla pressione sanguigna che viene misurata con un bracciale gonfiabile legato intorno alla parte superiore del braccio, nota come pressione sanguigna periferica. La pressione sanguigna centrale è la pressione nei vasi sanguigni centrali, che inviano il sangue direttamente dal cuore ad altri organi principali in tutto il corpo. Gli esperti medici considerano la pressione sanguigna centrale più accurata della pressione sanguigna periferica e dicono anche che è migliore nel prevedere le malattie cardiache.

La misurazione della pressione sanguigna centrale non viene in genere eseguita negli esami di routine, però. Il metodo clinico all'avanguardia è invasivo, coinvolgendo un catetere inserito in un vaso sanguigno nel braccio di un paziente, all'inguine o al collo e guidandolo al cuore.

Esiste un metodo non invasivo, ma non può produrre costantemente letture accurate. Si tratta di tenere una sonda simile a una penna, chiamato tonometro, sulla pelle direttamente sopra un vaso sanguigno maggiore. Per avere una buona lettura, il tonometro deve essere tenuto fermo, alla giusta angolazione e con la giusta quantità di pressione ogni volta. Ma questo può variare tra i test e i diversi tecnici.

"Dipende molto dall'operatore. Anche con la tecnica adeguata, se sposti la punta del tonometro solo di un millimetro, i dati vengono distorti. E se spingi troppo forte il tonometro, metterà troppa pressione sulla nave, che incide anche sui dati, " ha detto il co-primo autore Chonghe Wang, uno studente laureato in nanoingegneria alla UC San Diego. I tonometri richiedono anche che il paziente stia fermo, il che rende difficile il monitoraggio continuo, e non sono abbastanza sensibili da ottenere buone letture attraverso il tessuto adiposo.

Il team guidato dalla UC San Diego ha sviluppato una comoda alternativa:un morbido, cerotto ad ultrasuoni elastico che può essere indossato sulla pelle e fornire un accurato, letture precise della pressione sanguigna centrale ogni volta, anche mentre l'utente è in movimento. E può ancora ottenere una buona lettura attraverso il tessuto adiposo.

Il cerotto è stato testato su un soggetto di sesso maschile, che lo portava sull'avambraccio, polso, collo e piede. I test sono stati eseguiti sia mentre il soggetto era fermo che durante l'esercizio. Le registrazioni raccolte con la patch erano più coerenti e precise delle registrazioni di un tonometro commerciale. Anche le registrazioni dei patch erano paragonabili a quelle raccolte con una sonda a ultrasuoni tradizionale.

Rendere indossabili gli ultrasuoni

"Un importante progresso di questo lavoro è che trasforma la tecnologia a ultrasuoni in una piattaforma indossabile. Questo è importante perché ora possiamo iniziare a fare continui, monitoraggio non invasivo dei principali vasi sanguigni in profondità sotto la pelle, non solo nei tessuti superficiali, " ha detto Wang.

Il cerotto è un sottile foglio di elastomero siliconico modellato con quella che viene chiamata una struttura a "ponte dell'isola", una serie di piccole parti elettroniche (isole) ciascuna collegata da fili (ponti) a forma di molla. Ogni isola contiene elettrodi e dispositivi chiamati trasduttori piezoelettrici, che producono onde ultrasoniche quando l'elettricità li attraversa. I ponti che li collegano sono fatti di sottili, fili di rame a molla. La struttura a isola-ponte consente all'intero cerotto di adattarsi alla pelle e di allungarsi, piegare e torcere senza compromettere la funzione elettronica.

Il cerotto utilizza onde ultrasoniche per registrare continuamente il diametro di un vaso sanguigno pulsante situato a una profondità di quattro centimetri sotto la pelle. Queste informazioni vengono quindi tradotte in una forma d'onda utilizzando un software personalizzato. ogni picco, valle e tacca nella forma d'onda, così come la forma complessiva della forma d'onda, rappresenta un'attività o un evento specifico nel cuore. Questi segnali forniscono molte informazioni dettagliate ai medici che valutano la salute cardiovascolare di un paziente. Possono essere utilizzati per prevedere l'insufficienza cardiaca, determinare se l'afflusso di sangue va bene, eccetera.

Prossimi passi

I ricercatori notano che il cerotto ha ancora molta strada da fare prima che raggiunga la clinica. I miglioramenti includono l'integrazione di una fonte di alimentazione, unità di elaborazione dati e capacità di comunicazione wireless nella patch.

"Proprio adesso, queste capacità devono essere fornite tramite cavi da dispositivi esterni. Se vogliamo spostarlo dal banco al comodino, dobbiamo mettere a bordo tutti questi componenti, " disse Xu.

Il team sta cercando di collaborare con esperti di elaborazione dati e tecnologie wireless per la prossima fase del progetto.