Batterifritt hudplåster från NUS kan följa blodtrycket dygnet runt

Träning visar kroppens reaktion på belastning

Fysisk aktivitet kan snabbt förändra det systoliska blodtrycket. Mätningar under träning kan ge forskare och vårdpersonal en bättre bild av ovanligt kraftiga eller svaga blodtrycksreaktioner som inte syns i en blodtrycksmätning i vila. Forskargruppen uppgav att systemet testades under pendling, sömn och träning, inklusive ansträngande träning.

Manschetter och handledsenheter har olika nackdelar

Blodtrycksmätare med manschett runt överarmen är fortfarande den etablerade referensen. Men manschetten måste pumpas upp, vilket kan störa sömnen, och användaren behöver vanligtvis vara stilla under mätningen. Handledsbaserade wearables är enklare att bära kontinuerligt, men behöver laddas och blodtrycksuppskattningar utan manschett måste fortfarande valideras noggrant mot vedertagna referensmetoder.

NUS-prototypen försöker hantera båda problemen: den ska kunna sitta kvar på huden under normal rörelse och kräver inget batteri på varje sensor. Bekvämligheten ska däremot inte förväxlas med klinisk färdighet.

Så uppskattar sensorerna blodtrycket

Systemet mäter inte blodtrycket genom att pumpa upp en manschett runt armen. I stället kombinerar det två tidsmässigt kopplade fysiologiska signaler:

1. Bröstsensorn registrerar hjärtats elektriska aktivitet. Torra platinaelektroder upptäcker den elektriska händelse som hör samman med att hjärtat drar ihop sig och pumpar ut blod.
2. Handledssensorn upptäcker pulsvågens ankomst. En optisk sensor mäter pulserande förändringar i blodvolymen nära handleden.
3. Systemet beräknar tidsfördröjningen mellan signalerna. Intervallet kallas pulstransittid – tiden det tar för den pulsrelaterade vågen att färdas från hjärtat mot handleden.
4. Tidsintervallet används för att uppskatta det systoliska blodtrycket. En längre transittid motsvarar generellt ett lägre blodtryck, vilket gör det möjligt att uppskatta förändringar snarare än att mäta trycket direkt som med en manschett.

Det är därför mer korrekt att beskriva tekniken som en manschettfri blodtrycksuppskattare. Resultatet beror på sensorsignaler, tidsmätning och kalibrering. Prestandan måste därför utvärderas mot etablerade referensmätningar hos olika personer och under olika förhållanden.

Kläderna fungerar som energikälla och datalänk

I prototypen blir en vanlig långärmad tröja en del av det bärbara sensornätverket. En ledande bana av koppar–nickeltyg kopplar samman sensorernas placeringar, medan användaren bär en smartphone på överarmen.

Arkitekturen använder två trådlösa kanaler för olika uppgifter:

• NFC-överföring på 13,56 MHz: En spole i smartphonen skapar ett magnetfält och en sensorspole omvandlar energin från närfältet till elektrisk ström.
• Bluetooth-kommunikation på 2,4 GHz: När sensorerna har fått ström skickar de fysiologiska mätdata tillbaka till smartphonen.

Textilen är utformad för att separera närfältskanalen för energi från Bluetooth-kanalen för data. I praktiken fungerar smartphonen som nav: den förser de utspridda sensorerna med energi och tar emot deras data utan att sensorerna på huden behöver egna batterier.

Idén bygger vidare på tidigare forskning om kläder med närfältskoppling, där batterifria sensorer på olika delar av kroppen kan anslutas till ett gemensamt nätverk.

Samarbete och personlig drivkraft bakom projektet

Utvecklingen inleddes 2021 inom NUS Wireless Bioelectronics Group, i samarbete med forskare vid University of Arizona och Tsinghua University, enligt rapporteringen om projektet. Arbetet publicerades i Nature Electronics som ett batterifritt, trådlöst epidermalt sensorsystem för kontinuerlig mätning av systoliskt blodtryck.

Projektet hade också en personlig bakgrund. Forskaren Selman Kurts far hade så kallad "white-coat-hypertoni", det vill säga högre blodtrycksvärden i klinisk miljö, och upplevde 24-timmarsmätning med manschett som obehaglig eftersom manschetten pumpades upp under sömnen. Erfarenheten tydliggjorde behovet av ett mindre störande sätt att följa blodtrycket under ett helt dygn.

Vad som återstår innan tekniken kan användas brett

Prototypens nästa steg är både praktiska och kliniska.

Realtidsvärden i en smartphoneapp

Det tänkta systemet ska innehålla en app som visar blodtrycksvärden i realtid på smartphonen. Att omvandla sensorsignalerna till en tydlig och tillförlitlig användarupplevelse blir viktigt om tekniken ska lämna laboratoriet och fungera i vardagen.

Ett mer hållbart ledande tyg

Tyget klarar i nuläget ungefär tio tvättar innan förmågan att överföra energi och data börjar försämras. Klädbaserad mätning måste tåla upprepade tvättar och daglig användning betydligt bättre för att bli praktisk för regelbundet bruk.

Större och bredare validering

En studie med fem personer kan visa att arkitekturen fungerar, men räcker inte för att fastställa prestandan i hela befolkningen eller visa att enheten kan användas för diagnos. Framtida studier behöver jämföra uppskattningarna med godkända referensmetoder hos fler användare, under fler aktiviteter och vid olika hälsotillstånd. Innan kommersiell klinisk användning skulle även regulatorisk validering krävas.

Slutsatsen

Den viktigaste nyheten med NUS-systemet är hur delarna kombineras: hudnära sensorer, batterifri energiförsörjning genom kläder och datainsamling via en smartphone. Lösningen kan göra det enklare att följa blodtryckets mönster under sömn, vid uppvaknande, under träning och i vanliga vardagssituationer – tillfällen då enstaka manschettmätningar ofta ger begränsad kontext.

I dag bör tekniken ses som en lovande forskningsprototyp, inte som en ersättning för en validerad blodtrycksmätare med överarmsmanschett. För att nå dit krävs bevis på tillförlitlig noggrannhet i större studier, ett mer hållbart ledande tyg och stabila realtidsvärden i ett praktiskt bärbart system.