Neuartiger Blutdrucksensor könnte Wearables revolutionieren
Trotz batteriebetriebener, digitaler Geräte ist das Messen des Blutdrucks eine eher nervige Angelegenheit: Manschette über den Oberarm ziehen, warten, bis sie sich aufgeblasen hat, den Wert ablesen und das Ganze womöglich nochmal wiederholen. Es wäre viel praktischer, wenn ein Wearable den Blutdruck laufend erfasst, außerdem könnte man dadurch bestimmte Erkrankungen schon früh erkennen. Mit derzeit geläufiger Hardware ist das jedoch nicht ohne weiteres möglich.
Ein Forschungsteam am Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM) hat nun einen neuartigen, tragbaren Sensor entwickelt, der Blutdruck durchgängig und nicht-invasisv messen kann. Er könnte smarte medizinische Geräte und alltagstaugliche Wearables revolutionieren, heißt es in einer Aussendung. Details wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Microsystems & Nanoengineering veröffentlicht.
Flexible Ultraschallsonde
Der Sensor des KIMM basiert auf einer Ultraschallsonde mit einem sogenannten piezoelektrischen PMN-PT-Kristall aus Blei-Magnesium-Niobat-Bleititanat. Durch den piezoelektrischen Effekt, entsteht bei bestimmten Materialien eine Spannung, wenn sie mechanisch verformt werden. Basis ist ein flexibles, nur 0,5 Millimeter dünnes Polyimid-Pflaster, in das die elektrischen Bauteile mittels eines neuentwickelten Verbindungsprozesses eingelassen wurden.
Der piezoelektrische Kristall erzeugt im Pflaster Ultraschall von 6.0 MHz, der in die Blutgefäße gelangt. Der Sensor analysiert dann die reflektierten Echos, um den Gefäß-Durchmesser zu messen und den Blutdruck zu errechnen. Das funktioniert auch bei Gefäßen, die tief unter der Hautoberfläche liegen.
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Große Verbesserung
Bisher entwickelte Blutdruckmessgeräte ohne Manschette waren anfällig für Einflüsse von außen, etwa Lichtverhältnisse, Bewegung oder Hautfarbe. Konventionelle Ultraschallsonden waren bisher zu starr und stationär, um als Wearables eingesetzt zu werden. Geräte wie die Apple Watch können mit ihren Sensoren nur vor Bluthochdruck warnen, nicht aber den tatsächlichen Blutdruck messen.
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„Diese Technologie ist die erste, die eine kontinuierliche, manschettenfreie Blutdrucküberwachung mithilfe eines auf der Haut befestigbaren Ultraschallsensors ermöglicht“, sagt Shin Hur vom KIMM. „In Kombination mit einer KI-basierten Blutdruckanalyse wird sie sich zu einer zentralen Plattform für die personalisierte Vorhersage von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und intelligente Gesundheitsversorgung entwickeln“, meint der Materialwissenschaftler.
Shin Hur (Mitte) zeigt auf den neuartigen Sensor.
© Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM)
Sehr akkurat
Das Forschungsteam hat sein neuartiges Blutdruckmessgerät an einem Modell mit künstlicher Haut getestet. Die Messungenauigkeit lag beim systolischen Wert bei +- 4mmHg und beim diastolischen Wert bei +-2,3 mmHg.
Im Idealfall liegt der systolische Wert, also der Druck, wenn sich das Herz zusammenzieht, bei weniger als 120 mmHg. Der diastolische Wert, der bei entspanntem Herz erfasst wird, sollte unter 70 mmHg liegen, wie die Europäische Gesellschaft für Kardiologie 2024 festgelegt hat. Im klinischen Standard sind maximal +-5mmHg Messungenauigkeit erlaubt.
Das macht den Sensor zu einem der akkuratesten seiner Art. Als nächstes soll der Sensor in vivo, also am Menschen, getestet werden, um kontinuierliches Blutdruckmessen per Wearable bald in die Praxis zu bringen.