Вокруг пальца: создано кольцо для непрерывного мониторинга давления
Австрийские и немецкие ученые разработали систему для непрерывного мониторинга артериального давления. Специалисты усовершенствовали существующие технологии и сконструировали датчик, который надевается на палец. Система работает, не нарушая кровоток, что дает возможность проводить мониторинг непрерывно. Устройство показывает артериальное давление в виде волны в режиме реального времени. Точность работы системы уже подтвердили первые испытания прототипа. Но чтобы довести разработку до готового продукта, необходимо еще изрядное количество исследований, предупредили эксперты.
Без лишнего давления
Группа ученых из Австрии и Германии разработала систему для непрерывного мониторинга артериального давления (АД). Чтобы использовать устройство, пациент должен надеть на палец специальный датчик, и машина сделает необходимые измерения. В отличие от классических тонометров новая разработка не перекрывает кровоток и может применяться для продолжительного измерения. Ученые уже собрали и испытали прототип своего изобретения.
Часть применяемого сегодня портативного оборудования для контроля давления недостаточно удобна, так как требует инвазивного вмешательства. Другим компактным устройствам не хватает точности для полноценного медицинского применения.
«Новые переносные сенсоры для мониторинга кардиоваскулярной динамики как в амбулаторных, так и в клинических условиях могут произвести настоящую революцию в контроле жизненных показателей и их колебаний в ответ на лечение», — написали разработчики в статье в Nature.
Устройство получило название Cnap2Go. Главное ноу-хау системы — особый датчик, который надевается на палец пациента и измеряет давление, используя технику контроля объема (volume control technique). Этот способ основан на фиксации объема крови при каждом ударе сердца.
Покажет палец
Ученые модифицировали под свою разработку манжету на палец, измеряющую АД по методу разгруженной артерии. С помощью быстрого нагнетания и снижения давления на палец регистрируется объем его артерии. Устройство измеряет изменение этого параметра медленно, что позволяет отказаться от использования насосов или клапанов. Во время измерения объем крови может колебаться вместе с ударами сердца, выравнивая приток и отток крови в течение сердечного цикла. Также в манжете установлены светодиоды, которые проводят фотоплетизмографию — регистрируют поток крови посредством светового излучения.
Доработанная манжета со светодиодами оснащена пружиной, которая позволяет ей колебаться вместе с изменением объема пальца. Такое решение дает всей конструкции дополнительную степень свободы и позволяет измерять давление непрерывно, так как не нарушает кровоток.
В прототипе, созданном учеными, свет от светодиода внутри манжеты направляется сквозь палец. Количество поглощенного света позволяет определить артериальное давление. Далее из этого показателя путем вычислений получают сердечные пульс и ритм, а также высчитывают объем крови в пальце, чтобы использовать показатель в технике контроля объема.
В свою очередь, сердечный ритм и объем крови используются для контроля точности измерения давления, которое на палец оказывает манжета. Наконец, с помощью пульса и степени давления манжеты высчитывается пульсирующий сигнал артериального давления. Все эти переменные регистрируются специально созданным программным обеспечением, которое обрабатывает данные и выдает на экране монитора график в форме волны, соответствующей значению среднего артериального давления пациента.
Созданный учеными прототип предназначен для стационарного использования. Для портативного варианта системы вместо манжеты авторы предложили датчик в виде кольца, на котором крепится небольшая наполненная жидкостью резиновая емкость. Такая конструкция обеспечивает равномерное давление на палец, нужное для корректной работы сенсоров внутри кольца. Разработчики утверждают, что прибор можно напечатать на обычном 3D-принтере.
Точность измерений устройства проверяли в ходе испытаний на 46 пациентах нейрохирургического отделения, которым был сделан общий наркоз. В соответствии со стандартной практикой им измеряли давление инвазивным методом с помощью лучевого артериального катетера, который считается эталоном точности измерения давления. Результаты измерений этим способом и прототипом устройства преимущественно совпали.
Точно и непрерывно
Фундаментальная проблема неинвазивного измерения артериального давления заключается в необходимости создать внешнее давление, обеспечивающее полное пережатие артерий на участке измерения, объяснил профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета (вуз-участник проекта повышения конкурентоспособности образования «5-100») Константин Бразовский.
— Предложенная конструкция тонометра частично преодолевает этот недостаток за счет технологии поддержания постоянного объема циркулирующей крови, позволяющей сохранить кровоток в исследуемой области, однако требует сложных методов цифровой обработки сигналов и высокоточной системы коррекции ошибок для управления миниатюрной манжетой, — отметил специалист.
При ряде состояний пациента необходимо мониторировать артериальное давление, но неинвазивных приборов для этого до последнего времени не существовало, рассказал главный кардиолог Самарской области, директор НИИ кардиологии СамГМУ Дмитрий Дупляков. По его словам, задача непрерывного неинвазивного мониторинга давления реализована специалистами из Австрии впервые.
— На каждое сердечное сокращение благодаря прибору мы получаем цифру артериального давления. В ходе испытаний показано очень хорошее качество работы нового алгоритма измерения АД в сравнении с инвазивным золотым стандартом, но пока это только предварительные данные, — отметил эксперт.
Предложенный австрийскими специалистами новый метод измерения давления сегодня актуален, но, чтобы довести разработку до создания конкретного продукта, необходимо еще изрядное количество исследований, предупредил доцент кафедры биотехнических систем СПбГЭТУ ЛЭТИ Алексей Анисимов. По его словам, в России тоже существует прибор непрерывного мониторинга давления по методу разгруженной артерии. Он получил название спироартериокардиограф и служит преимущественно для исследовательских целей. Как и в новой разработке, манжета устройства надевается на палец, но сильно его сжимает, что доставляет неудобства пациентам и ограничивает возможности массового использования оборудования.
