Batterifri hudsensor fra NUS kan følge blodtrykket døgnet rundt

Trening belaster kretsløpet på en annen måte

Systolisk blodtrykk kan endre seg raskt under fysisk aktivitet. Målinger under trening kan derfor hjelpe forskere og klinikere med å studere uvanlig høye eller lave reaksjoner som ikke kommer frem ved en vanlig måling i ro. Forskerne opplyser at systemet ble testet under blant annet pendling, søvn og trening – også anstrengende trening.

Mansjetter og håndleddsutstyr har ulike ulemper

Blodtrykksapparater med mansjett rundt overarmen er fortsatt den velkjente referansen. Men mansjetten må blåses opp, noe som kan forstyrre søvnen, og brukeren må vanligvis sitte stille. Håndleddsbaserte målere er enklere å bruke over tid, men må lades, og blodtrykksestimater uten mansjett må fortsatt valideres grundig mot etablerte referansemetoder.

NUS-prototypen forsøker å løse begge utfordringene. Den skal kunne sitte på huden under normal bevegelse, samtidig som hver sensor slipper å ha sitt eget batteri. Det betyr likevel ikke at teknologien er klar for klinisk bruk.

Slik anslår sensorene blodtrykket

Systemet måler ikke blodtrykket ved å blåse opp en mansjett rundt armen. I stedet kombinerer det to signaler som henger sammen med hjerteslag og blodstrøm:

1. Sensoren på brystet registrerer hjertets elektriske aktivitet. Tørre platinaelektroder fanger opp det elektriske signalet som oppstår når hjertet trekker seg sammen og pumper ut blod.
2. Sensoren på håndleddet registrerer pulsen som kommer frem. En optisk sensor måler pulserende endringer i blodvolumet nær håndleddet.
3. Systemet beregner tidsforskjellen mellom signalene. Denne tiden kalles pulstransittid – tiden pulsbølgen bruker på å bevege seg fra hjertet mot håndleddet.
4. Tidsmålingen brukes til å anslå systolisk blodtrykk. Lengre pulstransittid henger vanligvis sammen med lavere blodtrykk. Systemet kan derfor beregne endringer, men måler ikke trykket direkte på samme måte som en mansjett.

Det er derfor mer presist å kalle dette en mansjettfri blodtrykksestimator. Resultatet avhenger av sensorsignalene, tidsmålingen og kalibreringen. Nøyaktigheten må dermed undersøkes hos ulike personer og under ulike forhold, sammenlignet med godkjente referansemålinger.

Smarttelefonen og skjorten fungerer som strømnett

Prototypen gjør en vanlig langermet skjorte til en del av det bærbare sensorsystemet. Et spor av ledende kobber–nikkel-tekstil kobler sammen sensorplasseringene, mens brukeren har smarttelefonen festet på overarmen.

Løsningen bruker to trådløse kanaler med ulike oppgaver:

• NFC-overføring ved 13,56 MHz: En spole i smarttelefonen lager et magnetfelt, og en spole i sensoren omdanner energien fra nærfeltet til elektrisk strøm.
• Bluetooth-kommunikasjon ved 2,4 GHz: Når sensorene har fått strøm, sender de fysiologiske målinger tilbake til smarttelefonen.

Tekstilen er konstruert slik at strømoverføringen i nærfeltet holdes atskilt fra Bluetooth-kanalen for data. Smarttelefonen fungerer dermed som systemets sentralenhet: Den gir strøm til sensorene og mottar målingene uten at sensorene på huden trenger egne batterier.

Ideen bygger videre på tidligere forskning på klær med nærfeltskommunikasjon, der ledende tekstilmønstre kobler sammen batterifrie sensorer på ulike deler av kroppen.

Samarbeid, utvikling og en personlig drivkraft

Utviklingen startet i NUS’ Wireless Bioelectronics Group i 2021, i samarbeid med forskere ved University of Arizona og Tsinghua University, ifølge omtalen av prosjektet. Arbeidet ble publisert i Nature Electronics som et batterifritt, trådløst hudnært sensornettverk for kontinuerlig måling av systolisk blodtrykk.

Prosjektet hadde også en personlig bakgrunn. Forskeren Selman Kurts far opplevde såkalt «white-coat»-hypertensjon, altså høyere blodtrykksmålinger i kliniske situasjoner, og syntes 24-timers måling med mansjett var ubehagelig fordi mansjetten blåste seg opp under søvn. Erfaringen bidro til å tydeliggjøre behovet for en mindre forstyrrende måte å følge blodtrykket gjennom et helt døgn.

Dette må forbedres før teknologien kan tas i bruk

Veien videre handler både om klinisk dokumentasjon og praktisk bruk.

Må vise målingene i sanntid

Målet er at en app skal kunne vise blodtrykksverdier på smarttelefonen i sanntid. For å komme videre fra laboratorieforsøk må sensorens signaler omsettes til en tydelig og pålitelig brukeropplevelse.

Tekstilen må tåle mer enn rundt ti vasker

Den ledende tekstilen tåler i dag omtrent ti vaskesykluser før evnen til å overføre strøm og data begynner å bli dårligere. Klær som skal brukes til helsemåling, må tåle gjentatt vask og vanlig slitasje langt bedre.

Fem personer er ikke nok til å dokumentere klinisk nøyaktighet

En studie med fem deltakere kan vise at arkitekturen fungerer, men kan ikke fastslå hvor godt systemet fungerer i befolkningen generelt eller bevise at det egner seg til diagnostisering. Nye studier må sammenligne estimatene med godkjente blodtrykksmetoder hos flere brukere, under flere aktiviteter og ved ulike helsetilstander. Før kommersiell klinisk bruk vil det også kreves regulatorisk godkjenning.

Kort oppsummert

Det viktigste ved NUS-systemet er måten teknologien er bygget på: Hudnære sensorer kombineres med batterifri strømoverføring gjennom klær og datainnsamling via en smarttelefon. Det kan gjøre det enklere å følge blodtrykksmønstre under søvn, ved oppvåkning, under trening og i hverdagsaktivitet – situasjoner der sporadiske mansjettmålinger gir et mer begrenset bilde.

Foreløpig bør prototypen likevel ses på som lovende forskning, ikke som en erstatning for en validert overarmsmansjett. Fremtiden avhenger av dokumentert nøyaktighet i større studier, mer slitesterk tekstil og pålitelige sanntidsmålinger i en løsning som fungerer i praksis.