Flexibilní ultrazvukový senzor nabízí přesné měření krevního tlaku bez manžety

Byla vyvinuta nová technologie, která umožňuje neinvazivní monitorování krevního tlaku bez manžety pomocí ultrazvuku ke sledování změn vaskulárního průměru v reálném čase – bez potřeby tradiční manžety. Očekává se, že tato technologie bude sloužit jako klíčová součást budoucích nositelných zdravotnických zařízení a chytrých lékařských monitorovacích platforem.

Výzkumný tým vedený Dr. Shinem Hurem z Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM, prezident Seog-Hyeon Ryu), včetně Syeda Turaba Haidera Zaidiho, studentského výzkumníka ze školy UST–KIMM v KIMM, ve spolupráci s týmem Dr. PMN-PT monokrystalické piezoelektrické kompozity integrované prostřednictvím nízkoteplotního pájecího procesu.

*PMN-PT (olovnatý niobát hořečnatý – titaničitan olovnatý) je monokrystalický piezoelektrický materiál známý pro své výjimečně vysoké elektromechanické vlastnosti.

Tým použil dvoustrannou techniku ​​nízkoteplotního pájení SnBi (cín-bismut) k integraci vysoce výkonných piezoelektrických zařízení na flexibilní substrát bez depolarizace. Navrhli a vyrobili pole ultrazvukových snímačů (UTA) 5×4. Ultrazvukový paprsek z tohoto senzoru proniká kůží, detekuje signály odražené od cévních stěn a měří změny průměru cévy. Pomocí tohoto principu měří v reálném čase změny průměru krevních cév odpovídající systolickému a diastolickému krevnímu tlaku a vypočítává hodnoty krevního tlaku. Senzor, postavený na flexibilním polyimidovém (PI) substrátu se zapouzdřenou vrstvou Parylen-C, bezpečně přilne k lidské pokožce a zachovává si celkovou tloušťku pod 0,5 mm a hmotnost pod 1 g, což zajišťuje dlouhodobé nošení.

Senzor funguje tak, že přenáší ultrazvuk generovaný PMN-PT monokrystalickými 1–3 kompozity do krevních cév, analyzuje odražené echa, měří průměr cévy a vypočítává krevní tlak. Pro optimalizaci charakteristik akustického šíření a odrazu provedl tým multifyzikální simulace pomocí COMSOL. Oboustranná metoda nízkoteplotního pájení (pod 150 °C) zabraňuje tepelné depolarizaci běžně pozorované u piezoelektrických zařízení na bázi olova a zajišťuje vysoký poměr signálu k šumu (SNR) a silnou spolehlivost elektrického spoje bez nutnosti vysokoteplotního zpracování.

Stávající technologie optického měření krevního tlaku bez manžety je citlivá na vnější faktory prostředí, jako je barva pleti, pohyb a osvětlení. Má také omezení v tom, že může měřit pouze krevní cévy blízko povrchu kůže, takže není schopen měřit krevní tlak v hlubokých krevních cévách. Naproti tomu technologie měření krevního tlaku založená na ultrazvuku může přímo měřit skutečné změny průměru v hlubokých krevních cévách pod kůží. Tradiční ultrazvukové senzory vyrobené z tuhých materiálů PZT také trpí špatnou nositelností, zatímco kompozit PMN-PT v kombinaci s nízkoteplotním pájením umožňuje konformní připojení k zakřiveným povrchům kůže bez ztráty výkonu. Zjednodušená struktura zachovává vynikající SNR bez akustického přizpůsobení nebo zadních vrstev, což zlepšuje efektivitu výroby. Senzor dosahuje vysoké přesnosti (v rozmezí ±4 mmHg), flexibilního a na kůži připevnitelného výkonu a nabízí jasné výhody oproti stávajícím technologiím.

Tým ověřil senzor pomocí vaskulárního fantomu umělé kůže. Naměřený systolický a diastolický krevní tlak vykazovaly chyby ±4 mmHg a ±2,3 mmHg, v daném pořadí – splňující klinický standard AAMI ±5 mmHg. To představuje jednu z nejvyšších úrovní přesnosti uváděnou pro neinvazivní ultrazvukové monitorování krevního tlaku.

Tato technologie je první, která demonstruje kontinuální monitorování krevního tlaku bez manžety pomocí ultrazvukového senzoru připevnitelného na kůži. V kombinaci s analýzou krevního tlaku na základě umělé inteligence se vyvine v základní platformu pro personalizovanou předpověď kardiovaskulárních onemocnění a inteligentní zdravotní péči.“

Dr. Shin Hur, Korea Institute of Machinery and Materials

Vývoj tohoto neinvazivního snímače krevního tlaku byl proveden s podporou programu rozvoje technologie materiálů a komponent Ministerstva obchodu, průmyslu a zdrojů (projekt: Vývoj multisenzorických senzorů pro servisní roboty). Tento výzkum byl publikován v lednu 2026 pod názvem „Skin-Conformal PMN-PT Ultrasonic Sensor for Cuffless Blood Pressure Sensing via Eutectic Solder Integration“ v Microsystem & Nanoengineering, který je na prvním místě v kategorii Instruments & Instrumentation (JCR 0,6 %, Impact Factor 9,24, k 2024).