Perché monitorare la pressione in modo continuo

Le misurazioni tradizionali vengono di solito effettuate con la persona seduta e ferma. Sono fondamentali per ottenere un valore a riposo, ma offrono soltanto istantanee e possono lasciare inesplorata una parte importante dell’andamento pressorio quotidiano.

Sonno e risveglio possono mostrare valori diversi

Durante il sonno profondo o subito dopo il risveglio la pressione viene raramente controllata. Di conseguenza, eventuali variazioni notturne o un marcato aumento al mattino possono sfuggire ai controlli occasionali effettuati di giorno. Il progetto di NUS mira a rilevare questi cambiamenti nel momento in cui si verificano, invece di basarsi soltanto su singole letture a riposo.

L’esercizio mette alla prova il sistema cardiovascolare

L’attività fisica può provocare variazioni rapide della pressione sistolica. Osservare questi cambiamenti mentre una persona si muove potrebbe aiutare ricercatori e medici a studiare risposte insolitamente alte o basse che una misurazione a riposo non riuscirebbe a evidenziare. Il gruppo di ricerca ha riferito di aver testato il sistema durante gli spostamenti quotidiani, il sonno e l’esercizio, compresa l’attività intensa.

Bracciali e dispositivi da polso hanno compromessi diversi

I misuratori con bracciale sul braccio restano il riferimento più familiare e consolidato, ma il gonfiaggio può disturbare il sonno e, in genere, richiede che chi li indossa rimanga fermo. I dispositivi da polso sono più semplici da portare continuamente, ma devono essere ricaricati e le stime della pressione senza bracciale devono essere validate con attenzione rispetto ai metodi di riferimento accettati.

Il prototipo di NUS punta a superare entrambi gli ostacoli: è progettato per restare sulla pelle durante i normali movimenti e non richiede una batteria su ciascun sensore. Questa comodità, tuttavia, non equivale ancora a una validazione clinica.

Come i sensori sul torace e al polso stimano la pressione

Il sistema non misura la pressione gonfiando un bracciale attorno al braccio. Combina invece due segnali fisiologici collegati nel tempo:

1. Il sensore sul torace registra l’attività elettrica del cuore. Elettrodi asciutti in platino rilevano l’evento elettrico associato alla contrazione del cuore e all’espulsione del sangue.
2. Il sensore sul polso rileva l’arrivo dell’onda di polso. Un sensore ottico misura le variazioni pulsanti del volume di sangue vicino al polso.
3. Il sistema calcola il ritardo tra i due eventi. Questo intervallo è chiamato tempo di transito dell’onda di polso: indica quanto impiega l’onda legata al battito a viaggiare dal cuore verso il polso.
4. Il dato temporale viene usato per stimare la pressione sistolica. In generale, un tempo di transito più lungo tende a corrispondere, in modo inverso, a una pressione più bassa. Il sistema può quindi dedurre le variazioni pressorie, ma non misura direttamente la pressione come fa un bracciale.

Per questo è più corretto descrivere il dispositivo come uno stimatore della pressione senza bracciale. Il risultato dipende dai segnali raccolti, dalla loro sincronizzazione e dalla calibrazione: le prestazioni devono dunque essere valutate su persone e condizioni diverse, confrontando le stime con misurazioni di riferimento consolidate.

Come la maglia fornisce energia e trasmette i dati

Nel prototipo, una normale maglia a maniche lunghe diventa parte della rete indossabile. Una pista in tessuto conduttivo di rame e nichel collega le diverse posizioni dei sensori, mentre lo smartphone viene indossato nella parte superiore del braccio.

L’architettura utilizza due canali wireless, ciascuno con una funzione distinta:

• Trasferimento di energia tramite NFC a 13,56 MHz: la bobina dello smartphone genera un campo magnetico e la bobina del sensore converte l’energia del campo vicino in corrente elettrica.
• Comunicazione dei dati tramite Bluetooth a 2,4 GHz: una volta alimentati, i sensori inviano le misurazioni fisiologiche allo smartphone.

Il tessuto è progettato per separare il canale di alimentazione a campo vicino da quello usato per i dati Bluetooth. In pratica, lo smartphone funziona da hub: alimenta i sensori distribuiti sul corpo e ne riceve i dati senza che sia necessario applicare batterie sulla pelle.

L’idea si basa anche su ricerche precedenti sull’uso di indumenti abilitati al campo vicino per collegare sensori senza batteria collocati in punti diversi del corpo.

La collaborazione e la motivazione del progetto

Secondo le notizie sul progetto, lo sviluppo è iniziato nel 2021 all’interno del Wireless Bioelectronics Group di NUS, con la collaborazione di ricercatori dell’Università dell’Arizona e della Tsinghua University. Il lavoro è stato pubblicato su Nature Electronics come rete epidermica wireless senza batteria per il monitoraggio continuo della pressione sistolica.

Il progetto ha avuto anche una motivazione personale. Il padre del ricercatore Selman Kurt soffriva di ipertensione da “camice bianco”, cioè valori più elevati associati all’ambiente clinico, e trovava scomodo il monitoraggio della pressione per 24 ore perché il bracciale si gonfiava durante il sonno. Questa esperienza ha contribuito a mettere in evidenza la necessità di un sistema meno invasivo per osservare la pressione nell’arco dell’intera giornata e della notte.

Cosa deve ancora migliorare

Prima di un eventuale impiego commerciale, il prototipo dovrà affrontare ostacoli sia pratici sia clinici.

Un’app con letture in tempo reale

Il sistema previsto dovrebbe includere un’app capace di mostrare sullo smartphone le letture della pressione in tempo reale. Trasformare i segnali dei sensori in un’esperienza chiara e affidabile sarà essenziale per passare dalle dimostrazioni di laboratorio a un prodotto utilizzabile nella vita di tutti i giorni.

Un tessuto conduttivo più resistente

Attualmente il tessuto sopporta circa 10 cicli di lavaggio prima che la sua capacità di trasportare energia e dati inizi a diminuire. Un sistema integrato negli abiti dovrà resistere molto meglio ai lavaggi ripetuti e all’usura quotidiana per diventare davvero pratico.

Studi più ampi e validazione clinica

Una sperimentazione su cinque persone può dimostrare che l’architettura è tecnicamente realizzabile, ma non permette di stabilire quanto funzioni nella popolazione generale né di dimostrare che il dispositivo sia adatto alla diagnosi. Saranno necessari studi più ampi, con confronti rispetto ai metodi di riferimento accettati e con persone impegnate in attività diverse o con condizioni di salute differenti. Prima dell’uso clinico commerciale sarebbe inoltre necessaria la validazione regolatoria.

In sintesi

Il principale passo avanti del sistema di NUS riguarda l’architettura: sensori aderenti alla pelle, alimentazione senza batteria attraverso gli abiti e raccolta dei dati tramite smartphone. Questa combinazione potrebbe rendere più semplice osservare l’andamento della pressione durante il sonno, il risveglio, l’esercizio e le normali attività, momenti in cui le misurazioni intermittenti con il bracciale offrono un quadro più limitato.

Per ora, però, il dispositivo va considerato un promettente prototipo di ricerca e non un sostituto di un misuratore validato con bracciale. Il suo futuro dipenderà dalla capacità di dimostrare accuratezza su un numero elevato di persone, aumentare la durata del tessuto conduttivo e fornire letture in tempo reale affidabili in un sistema indossabile realmente pratico.

Perché monitorare la pressione in modo continuo

Le misurazioni tradizionali vengono di solito effettuate con la persona seduta e ferma. Sono fondamentali per ottenere un valore a riposo, ma offrono soltanto istantanee e possono lasciare inesplorata una parte importante dell’andamento pressorio quotidiano.

Sonno e risveglio possono mostrare valori diversi

Durante il sonno profondo o subito dopo il risveglio la pressione viene raramente controllata. Di conseguenza, eventuali variazioni notturne o un marcato aumento al mattino possono sfuggire ai controlli occasionali effettuati di giorno. Il progetto di NUS mira a rilevare questi cambiamenti nel momento in cui si verificano, invece di basarsi soltanto su singole letture a riposo.

L’esercizio mette alla prova il sistema cardiovascolare

L’attività fisica può provocare variazioni rapide della pressione sistolica. Osservare questi cambiamenti mentre una persona si muove potrebbe aiutare ricercatori e medici a studiare risposte insolitamente alte o basse che una misurazione a riposo non riuscirebbe a evidenziare. Il gruppo di ricerca ha riferito di aver testato il sistema durante gli spostamenti quotidiani, il sonno e l’esercizio, compresa l’attività intensa.

Bracciali e dispositivi da polso hanno compromessi diversi

I misuratori con bracciale sul braccio restano il riferimento più familiare e consolidato, ma il gonfiaggio può disturbare il sonno e, in genere, richiede che chi li indossa rimanga fermo. I dispositivi da polso sono più semplici da portare continuamente, ma devono essere ricaricati e le stime della pressione senza bracciale devono essere validate con attenzione rispetto ai metodi di riferimento accettati.

Il prototipo di NUS punta a superare entrambi gli ostacoli: è progettato per restare sulla pelle durante i normali movimenti e non richiede una batteria su ciascun sensore. Questa comodità, tuttavia, non equivale ancora a una validazione clinica.

Come i sensori sul torace e al polso stimano la pressione

Il sistema non misura la pressione gonfiando un bracciale attorno al braccio. Combina invece due segnali fisiologici collegati nel tempo:

1. Il sensore sul torace registra l’attività elettrica del cuore. Elettrodi asciutti in platino rilevano l’evento elettrico associato alla contrazione del cuore e all’espulsione del sangue.
2. Il sensore sul polso rileva l’arrivo dell’onda di polso. Un sensore ottico misura le variazioni pulsanti del volume di sangue vicino al polso.
3. Il sistema calcola il ritardo tra i due eventi. Questo intervallo è chiamato tempo di transito dell’onda di polso: indica quanto impiega l’onda legata al battito a viaggiare dal cuore verso il polso.
4. Il dato temporale viene usato per stimare la pressione sistolica. In generale, un tempo di transito più lungo tende a corrispondere, in modo inverso, a una pressione più bassa. Il sistema può quindi dedurre le variazioni pressorie, ma non misura direttamente la pressione come fa un bracciale.

Per questo è più corretto descrivere il dispositivo come uno stimatore della pressione senza bracciale. Il risultato dipende dai segnali raccolti, dalla loro sincronizzazione e dalla calibrazione: le prestazioni devono dunque essere valutate su persone e condizioni diverse, confrontando le stime con misurazioni di riferimento consolidate.

Come la maglia fornisce energia e trasmette i dati

Nel prototipo, una normale maglia a maniche lunghe diventa parte della rete indossabile. Una pista in tessuto conduttivo di rame e nichel collega le diverse posizioni dei sensori, mentre lo smartphone viene indossato nella parte superiore del braccio.

L’architettura utilizza due canali wireless, ciascuno con una funzione distinta:

• Trasferimento di energia tramite NFC a 13,56 MHz: la bobina dello smartphone genera un campo magnetico e la bobina del sensore converte l’energia del campo vicino in corrente elettrica.
• Comunicazione dei dati tramite Bluetooth a 2,4 GHz: una volta alimentati, i sensori inviano le misurazioni fisiologiche allo smartphone.

Il tessuto è progettato per separare il canale di alimentazione a campo vicino da quello usato per i dati Bluetooth. In pratica, lo smartphone funziona da hub: alimenta i sensori distribuiti sul corpo e ne riceve i dati senza che sia necessario applicare batterie sulla pelle.

L’idea si basa anche su ricerche precedenti sull’uso di indumenti abilitati al campo vicino per collegare sensori senza batteria collocati in punti diversi del corpo.

La collaborazione e la motivazione del progetto

Secondo le notizie sul progetto, lo sviluppo è iniziato nel 2021 all’interno del Wireless Bioelectronics Group di NUS, con la collaborazione di ricercatori dell’Università dell’Arizona e della Tsinghua University. Il lavoro è stato pubblicato su Nature Electronics come rete epidermica wireless senza batteria per il monitoraggio continuo della pressione sistolica.

Il progetto ha avuto anche una motivazione personale. Il padre del ricercatore Selman Kurt soffriva di ipertensione da “camice bianco”, cioè valori più elevati associati all’ambiente clinico, e trovava scomodo il monitoraggio della pressione per 24 ore perché il bracciale si gonfiava durante il sonno. Questa esperienza ha contribuito a mettere in evidenza la necessità di un sistema meno invasivo per osservare la pressione nell’arco dell’intera giornata e della notte.

Cosa deve ancora migliorare

Prima di un eventuale impiego commerciale, il prototipo dovrà affrontare ostacoli sia pratici sia clinici.

Un’app con letture in tempo reale

Il sistema previsto dovrebbe includere un’app capace di mostrare sullo smartphone le letture della pressione in tempo reale. Trasformare i segnali dei sensori in un’esperienza chiara e affidabile sarà essenziale per passare dalle dimostrazioni di laboratorio a un prodotto utilizzabile nella vita di tutti i giorni.

Un tessuto conduttivo più resistente

Attualmente il tessuto sopporta circa 10 cicli di lavaggio prima che la sua capacità di trasportare energia e dati inizi a diminuire. Un sistema integrato negli abiti dovrà resistere molto meglio ai lavaggi ripetuti e all’usura quotidiana per diventare davvero pratico.

Studi più ampi e validazione clinica

Una sperimentazione su cinque persone può dimostrare che l’architettura è tecnicamente realizzabile, ma non permette di stabilire quanto funzioni nella popolazione generale né di dimostrare che il dispositivo sia adatto alla diagnosi. Saranno necessari studi più ampi, con confronti rispetto ai metodi di riferimento accettati e con persone impegnate in attività diverse o con condizioni di salute differenti. Prima dell’uso clinico commerciale sarebbe inoltre necessaria la validazione regolatoria.

In sintesi

Il principale passo avanti del sistema di NUS riguarda l’architettura: sensori aderenti alla pelle, alimentazione senza batteria attraverso gli abiti e raccolta dei dati tramite smartphone. Questa combinazione potrebbe rendere più semplice osservare l’andamento della pressione durante il sonno, il risveglio, l’esercizio e le normali attività, momenti in cui le misurazioni intermittenti con il bracciale offrono un quadro più limitato.

Per ora, però, il dispositivo va considerato un promettente prototipo di ricerca e non un sostituto di un misuratore validato con bracciale. Il suo futuro dipenderà dalla capacità di dimostrare accuratezza su un numero elevato di persone, aumentare la durata del tessuto conduttivo e fornire letture in tempo reale affidabili in un sistema indossabile realmente pratico.