Накожный сенсор NUS без батареи может отслеживать давление круглосуточно

Физическая нагрузка показывает реакцию сердечно-сосудистой системы

Во время тренировки систолическое давление может быстро меняться. Наблюдение за этим процессом помогает изучать необычно высокую или низкую реакцию на нагрузку, которую стандартный замер в покое не покажет. Команда сообщила об испытаниях системы во время поездок, сна и физических упражнений, включая интенсивные нагрузки.

У манжет и носимых устройств разные недостатки

Плечевой тонометр остается привычным ориентиром для измерения давления, однако накачивание манжеты может мешать спать, а сам замер требует неподвижности. Наручные устройства удобнее для постоянного ношения, но их нужно заряжать, а бесманжетные оценки давления по-прежнему требуют тщательной проверки по сравнению с признанными эталонными методами.

Прототип NUS пытается решить обе задачи: он рассчитан на ношение во время обычных движений и не требует отдельной батареи на каждом датчике. Но удобство использования не означает, что устройство уже готово заменить клинический тонометр.

Как датчики на груди и запястье оценивают давление

Система не надувает манжету вокруг руки и не измеряет давление напрямую. Она сопоставляет два связанных между собой физиологических сигнала:

1. Нагрудный датчик фиксирует электрическую активность сердца. Сухие платиновые электроды улавливают электрическое событие, связанное с сокращением сердца и выбросом крови.
2. Датчик на запястье регистрирует приход пульсовой волны. Оптический сенсор измеряет пульсирующие изменения объема крови в области запястья.
3. Система вычисляет задержку между двумя событиями. Этот интервал называют временем прохождения пульсовой волны — периодом, за который связанная с пульсом волна проходит от сердца к запястью.
4. По этому времени оценивается систолическое давление. В целом более длительное время прохождения соответствует более низкому давлению. Поэтому устройство определяет изменения давления косвенно, а не измеряет его так, как это делает манжета.

Именно поэтому разработку корректнее называть бесманжетным оценщиком давления. Результат зависит от сигналов датчиков, точности синхронизации и калибровки. Работу системы нужно проверять на разных людях и в разных условиях по сравнению с уже принятыми методами измерения.

Как одежда передает энергию и данные

В прототипе обычная рубашка с длинными рукавами становится частью носимой сенсорной сети. Медно-никелевая дорожка из проводящей ткани соединяет точки размещения датчиков, а смартфон закрепляется на плече пользователя.

У системы есть два беспроводных канала, каждый со своей задачей:

• Передача энергии по NFC на частоте 13,56 МГц. Катушка смартфона создает магнитное поле, а катушка датчика преобразует энергию ближнего поля в электрический ток.
• Передача данных по Bluetooth на частоте 2,4 ГГц. После включения датчики отправляют физиологические измерения на смартфон.

Специальная ткань разделяет канал передачи энергии ближнего поля и канал Bluetooth для данных. Таким образом, смартфон выступает центральным узлом: он обеспечивает питание распределенных датчиков и принимает их показания, не требуя устанавливать батареи непосредственно на коже.

Идея опирается на более ранние разработки одежды с поддержкой ближнего поля, которая соединяла беспроводным способом датчики без батарей, расположенные в разных местах тела.

Кто разрабатывает систему и что стало ее мотивацией

Работа началась в 2021 году в Wireless Bioelectronics Group при NUS. В проекте также участвовали специалисты Университета Аризоны и Университета Цинхуа. Результаты были опубликованы в журнале Nature Electronics как исследование беспроводной накожной сенсорной сети без батареи для непрерывного мониторинга систолического давления.

У проекта была и личная мотивация. Отец исследователя Селмана Курта столкнулся с гипертонией «белого халата» — повышенными показателями, связанными с обстановкой медицинского учреждения. Кроме того, круглосуточное измерение манжетой оказалось для него неудобным: устройство накачивалось во время сна. Этот опыт подчеркнул потребность в менее раздражающем способе наблюдать за давлением днем и ночью.

Что еще предстоит до коммерческого запуска

Следующие этапы связаны не только с медицинской проверкой, но и с практичностью самой системы.

Приложение с показаниями в реальном времени

Предполагается, что пользователь сможет видеть данные о давлении в приложении на смартфоне практически в реальном времени. Нужно превратить сырые сигналы датчиков в понятный и надежный интерфейс, прежде чем технология выйдет за пределы лабораторных демонстраций.

Более износостойкая проводящая ткань

Сейчас ткань выдерживает примерно 10 циклов стирки, после чего ее способность передавать энергию и данные начинает ухудшаться. Для повседневного применения одежда с сенсорной системой должна надежнее переносить регулярную стирку и обычный износ.

Масштабные клинические исследования

Испытание на пяти пользователях показывает, что архитектура системы работает, но не позволяет судить о точности для всего населения или подтверждать пригодность устройства для диагностики. В будущих исследованиях потребуется сравнить оценки с признанными методами измерения давления на большем числе участников, во время разных активностей и при различных состояниях здоровья. До коммерческого клинического применения также потребуется регуляторная проверка.

Главное

Ключевое достижение проекта NUS — не просто накожная «наклейка», а архитектура, которая объединяет тонкие датчики, беспроводную передачу энергии через одежду и смартфон для сбора данных. Такой подход может упростить наблюдение за давлением во время сна, пробуждения, тренировок и повседневной активности — в периоды, которые разовые измерения манжетой описывают лишь частично.

Пока разработку стоит воспринимать как перспективный исследовательский прототип, а не как замену проверенному плечевому тонометру. Будущее системы зависит от подтверждения точности на большой выборке, повышения долговечности ткани и создания надежных показаний в реальном времени.