В Корее разработали первый в мире «ультразвуковой датчик артериального давления» без манжеты
- KOREA HERALD
- 1 день назад
- 3 мин. чтения
Корреспондент Гу Бон Хёк
- Новоразработанное устройство позволяет непрерывно измерять артериальное давление без манжеты
Главный исследователь Хо Шин (в центре) осматривает неинвазивный датчик артериального давления [Предоставлено Корейским институтом машиностроения и материалов]
Впервые разработана технология, позволяющая мерить артериальное давление непрерывным и неинвазивным образом. Она фиксирует изменения в диаметре кровеносных сосудов с помощью ультразвука - в режиме реального времени и без манжеты (манжеты для измерения артериального давления).
Исследовательская группа, состоящая из главного исследователя Хо Шина из Лаборатории бионических машин Исследовательского института искусственного интеллекта и робототехники при Корейском институте машиностроения и материалов (KIMM) и аспиранта Тараб из школы UST-KIMM, в сотрудничестве с командой во главе с доктором Ли Бён Чхолем из Исследовательского центра бионики Корейского института науки и технологии (KIST) разработали первый в мире неинвазивный датчик артериального давления, прикрепляемый к коже, на основе монокристаллическо-пьезоэлектрического композитного элемента PMN-PT с помощью процесса низкотемпературной пайки.
Исследовательская группа успешно интегрировала высокопроизводительные пьезоэлектрические устройства на гибкую подложку без потери поляризации, применив технологию двусторонней пайки SnBi (олово-висмут), позволяющую осуществлять низкотемпературную обработку. Они разработали и изготовили матрицу из ультразвуковых трансдьюсеров со структурой 5×4. Этот датчик сначала генерирует ультразвуковой луч, который проникает через кожу, а затем получает обратный сигнал, отраженный от сосудистой стенки, позволяя фиксировать изменения в диаметре сосуда.
Используя этот принцип, он фиксирует в режиме реального времени изменения в диаметре сосудов, вызываемые систолическим и диастолическим кровяным давлением, преобразуя их в общий показатель кровяного давления. Кроме того, использование гибкой полиимидной (PI) подложки и капсулирующего слоя из парилена C обеспечивает стабильное прикрепление к коже человека. Общая толщина менее 0,5 мм и вес менее 1 г позволяют носить устройство в течение длительного времени.
Эта технология работает путем передачи ультразвука, генерируемого монокристаллическо-пьезоэлектрическим композитным элементом PMN-PT 1-3, в кровеносный сосуд; анализа отраженного эхо-сигнала для измерения диаметра сосуда; и расчета артериального давления. Исследовательская группа провела мультифизические симуляции на основе COMSOL Multiphysics для оптимизации характеристик передачи и отражения ультразвукового луча для конструкции сенсорного элемента. Кроме того, благодаря внедрению технологии двусторонней низкотемпературной пайки для соединения электродов при температуре ниже 150 °C, они решили проблему потерь при термодеполяризации, возникающую в традиционных пьезоэлектрических устройствах на основе свинца. Это позволило достичь высокого соотношения сигнал/шум (SNR) и отличной надежности электрического соединения без необходимости использования высокотемпературных процессов.
Ультразвуковой преобразователь с матричной структурой 5×4. [Предоставлено Корейским институтом машиностроения и материалов]
Существующие методы измерения артериального давления без манжеты подвержена влиянию внешних факторов, таких как цвет кожи, движения и освещение. Она также имеет ограничения, поскольку может измерять только кровеносные сосуды, расположенные близко к поверхности кожи, что не позволяет измерять артериальное давление в глубоколежащих кровеносных сосудах. В отличие от этого, технология измерения артериального давления на основе ультразвука позволяет непосредственно измерять фактические изменения в диаметре кровеносных сосудов, расположенных глубоко под кожей.
Кроме того, в то время как в традиционных ультразвуковых датчиках использовались жесткие материалы PZT, что приводило к плохой износостойкости, композитная структура PMN-PT 1-3 и процесс низкотемпературной пайки были разработаны таким образом, чтобы идеально соответствовать изогнутым поверхностям человеческого тела без потери производительности. Причем упрощенная структура так же сохраняет отличное соотношение сигнал/шум (SNR), повышая эффективность производственного процесса.
Исследовательская группа проверила работоспособность датчика с помощью экспериментов с использованием «сосудистого фантома» на основе искусственной кожи. Систолическое и диастолическое кровяное давление, измеренное датчиком, показало погрешность в пределах ±4 мм рт. ст. и ±2,3 мм рт. ст. соответственно по сравнению с коммерческим эталонным датчиком, что соответствует критерию клинической приемлемости (AAMI ±5 мм рт. ст.). Это делает его мировым лидером по точности среди неинвазивных ультразвуковых датчиков кровяного давления.
«Данная технология первой в мире продемонстрировал возможность непрерывного измерения артериального давления без манжеты с помощью ультразвукового датчика, прикрепляемого на теле» - сказал главный исследователь Хо Шин, добавив: «Мы планируем объединить ее с технологией анализа артериального давления на основе искусственного интеллекта, чтобы превратить ее в ключевую технологию для персонализированного прогнозирования сердечно-сосудистых заболеваний и интеллектуальных платформ здравоохранения».
Комментарии