מדבקה ללא סוללה של NUS עשויה לנטר לחץ דם מסביב לשעון

שרוול, שעון וחיישן צמוד־עור

מכשירי מדידה עם שרוול בזרוע עדיין נחשבים לאמצעי המוכר למדידת לחץ דם, אך ניפוח השרוול עלול להפריע לשינה, ובדרך כלל נדרש מהנבדק להישאר ללא תנועה. מכשירים לבישים על פרק כף היד נוחים יותר לשימוש ממושך, אך זקוקים לטעינה, והערכת לחץ דם ללא שרוול דורשת תיקוף זהיר מול שיטות ייחוס מקובלות.

האב־טיפוס של NUS מנסה להתמודד עם שתי המגבלות: להישאר על העור בזמן תנועה רגילה ולפעול בלי סוללה נפרדת בכל חיישן. עם זאת, נוחות השימוש אינה מעידה כשלעצמה על מוכנות רפואית.

איך החיישנים מעריכים את לחץ הדם?

המערכת אינה מודדת לחץ באמצעות ניפוח שרוול סביב הזרוע. במקום זאת, היא משלבת שני אותות פיזיולוגיים הקשורים לתזמון מעבר הדופק:

1. החיישן בחזה מתעד את הפעילות החשמלית של הלב. אלקטרודות פלטינה יבשות מזהות את האירוע החשמלי הקשור להתכווצות הלב ולהזרמת הדם.
2. החיישן בשורש כף היד מזהה את הגעת הדופק. חיישן אופטי מודד שינויים מחזוריים בנפח הדם באזור פרק כף היד.
3. המערכת מחשבת את פער הזמן בין שני האירועים. מרווח זה מכונה זמן מעבר הדופק — הזמן שנדרש לגל הקשור לדופק לנוע מהלב לכיוון פרק כף היד.
4. התזמון משמש להערכת לחץ הדם הסיסטולי. באופן כללי, זמן מעבר ארוך יותר קשור ביחס הפוך ללחץ דם נמוך יותר. לכן המערכת מסיקה שינויים בלחץ הדם, אך אינה מודדת אותו ישירות כפי שעושה שרוול.

לכן נכון יותר לתאר את המערכת כ־מעריך לחץ דם ללא שרוול. התוצאה תלויה באותות החיישנים, בתזמון ובכיול, ולכן יש לבחון את הביצועים מול מדידות ייחוס מקובלות ובקרב אנשים ובמצבים שונים.

איך החולצה מספקת חשמל ומעבירה נתונים?

באב־הטיפוס, חולצה רגילה עם שרוולים ארוכים הופכת לחלק מרשת החיישנים הלבישה. מסלול העשוי מבד מוליך מנחושת־ניקל מחבר בין מיקומי החיישנים, והמשתמש נושא סמארטפון באזור הזרוע העליונה.

למערכת שני ערוצי תקשורת אלחוטיים, שכל אחד מהם מיועד לתפקיד אחר:

• העברת אנרגיה ב־NFC בתדר 13.56 מגה־הרץ: סליל הסמארטפון יוצר שדה מגנטי, וסליל בחיישן ממיר את האנרגיה החשמלית לזרם.
• העברת נתונים ב־Bluetooth בתדר 2.4 גיגה־הרץ: לאחר שהחיישנים מקבלים אנרגיה, הם שולחים את המדידות הפיזיולוגיות לסמארטפון.

הבד המיוחד מפריד בין ערוץ העברת האנרגיה בשדה הקרוב לבין ערוץ הנתונים של Bluetooth. בפועל, הסמארטפון משמש כרכזת: הוא מספק אנרגיה לחיישנים המבוזרים ומקבל את הנתונים שלהם, בלי להצמיד סוללות לעור.

הרעיון נשען על מחקר קודם בתחום הבגדים המותאמים להעברת אנרגיה ונתונים לחיישנים ללא סוללה, הממוקמים בנקודות שונות בגוף.

מי פיתח את המערכת ומה הניע את הפרויקט?

הפיתוח החל בשנת 2021 בקבוצת האלקטרוניקה הביולוגית האלחוטית של NUS, בשיתוף פעולה עם חוקרים מאוניברסיטת אריזונה ומאוניברסיטת צינגחואה, לפי הדיווחים על הפרויקט. העבודה פורסמה בכתב העת המדעי Nature Electronics תחת הכותרת "רשת חיישנים אפידרמיים אלחוטית ללא סוללה לניטור רציף של לחץ דם סיסטולי".

לפרויקט הייתה גם מוטיבציה אישית: אביו של החוקר סלמן קורט סבל מיתר לחץ דם מסוג "חלוק לבן" — עלייה במדדים הקשורה לסביבה רפואית — ומצא שניטור באמצעות שרוול במשך 24 שעות אינו נוח, משום שהשרוול התנפח במהלך השינה. החוויה הזו המחישה את הצורך בדרך פחות מפריעה לעקוב אחר לחץ הדם לאורך יממה שלמה.

מה עדיין צריך להשתפר?

אפליקציה שמציגה נתונים בזמן אמת

המערכת המתוכננת אמורה לכלול אפליקציה שתציג בסמארטפון את הערכות לחץ הדם בזמן אמת. כדי לצאת מגבולות המעבדה, יהיה צורך להפוך את אותות החיישנים לחוויית שימוש ברורה, יציבה ואמינה.

בד מוליך שיחזיק מעמד בכביסה

במצבו הנוכחי, הבד שורד בערך 10 מחזורי כביסה לפני שהיכולת שלו להעביר אנרגיה ונתונים מתחילה להיפגע. בגד המשמש לניטור בריאות יצטרך לעמוד בכביסות חוזרות ובשחיקה יומיומית באופן אמין יותר.

מחקרים גדולים ומגוונים יותר

ניסוי בחמישה משתמשים יכול להראות שהארכיטקטורה פועלת, אך אינו מספיק כדי לקבוע את מידת הדיוק באוכלוסייה הרחבה או להוכיח התאמה לאבחון רפואי. מחקרים נוספים יצטרכו להשוות את ההערכות לשיטות ייחוס מקובלות בקרב משתתפים רבים יותר, במהלך פעילויות שונות ובמצבים בריאותיים שונים. לפני שימוש קליני מסחרי יידרש גם תיקוף רגולטורי.

השורה התחתונה

החידוש המרכזי של המערכת אינו רק המדבקה, אלא הארכיטקטורה כולה: חיישנים דקים הצמודים לעור, העברת אנרגיה ללא סוללה דרך הבגד ואיסוף נתונים באמצעות סמארטפון. שילוב כזה עשוי להקל על מעקב אחר דפוסי לחץ הדם בזמן שינה, יקיצה, פעילות גופנית ושגרה יומיומית — זמנים שבהם מדידות שרוול לסירוגין מספקות הקשר מוגבל בלבד.

בשלב זה מדובר באב־טיפוס מחקרי מבטיח, ולא בתחליף לשרוול זרוע שעבר תיקוף. הדרך לשימוש מסחרי תדרוש הוכחת דיוק בקנה מידה גדול, שיפור עמידות הבד ופיתוח מערכת לבישה שמספקת קריאות אמינות בזמן אמת.