실제 혈압을 지속적으로 측정하는 최초의 비침습적 방법

수십 년 된 문제를 해결하기 위해 Caltech 연구진으로 구성된 다학제 팀은 환자에게 방해를 주지 않고 신체의 어느 곳에서나 혈압을 비침습적으로 지속적으로 측정할 수 있는 방법을 찾아냈습니다. 새로운 기술을 기반으로 한 장치는 집, 병원, 자원이 제한된 원격 위치에서도 더 나은 활력 징후 모니터링을 가능하게 할 가능성이 있습니다.

공명 초음파 ​​측정법(Resonance Sonomanometry)이라고 불리는 새로운 특허 기술은 음파를 사용하여 동맥의 공명을 부드럽게 자극한 다음 초음파 영상을 사용하여 동맥의 공명 주파수를 측정하여 실제 혈압 측정에 도달합니다. 소규모 임상 연구에서 환자에게 피부에 부드러운 윙윙거리는 느낌을 주는 이 장치는 표준 치료용 혈압 커프를 사용하여 얻은 결과와 유사한 결과를 얻었습니다.

Yaser Abu-Mostafa(PhD)는 "우리는 절대 혈압(혈압 커프에서 얻는 데 익숙한 수축기 및 이완기 수치뿐만 아니라 전체 파형)을 측정할 수 있는 장치를 개발했습니다."라고 말합니다. '83), 전기 공학 및 컴퓨터 과학 교수이자 저널에 기술과 장치를 설명하는 새로운 논문의 저자 중 한 명 PNAS 넥서스. "이 장치를 사용하면 신체의 다양한 부위에서 지속적으로 혈압을 측정할 수 있어 사람의 혈압에 대해 훨씬 더 많은 정보를 제공할 수 있습니다."

전기 공학 방문 연구원인 Aditya Rajagopal(BS '08, PhD '14)은 "이 팀은 거의 10년 동안 실제 임상 문제를 해결하기에 충분할 만큼 좋은 변화를 만드는 무언가를 만들기 위해 노력해 왔습니다."라고 말합니다. Caltech의 USC 생의학 공학 연구 부교수이자 새 논문의 공동 저자입니다. "Apple 및 Google과 같은 거대 기술 기업을 포함한 많은 그룹은 병원에서 가정까지 다양한 환자 모니터링 가능성을 가능하게 하기 때문에 이와 같은 솔루션을 위해 노력해 왔습니다. 우리의 방법은 병원 수준의 혈압 모니터링에 대한 액세스를 확대합니다. 심장 건강 지표도 포함됩니다."

혈압 101

혈압은 단순히 혈액이 몸 전체로 펌핑될 때 몸의 혈관 벽을 밀어내는 힘입니다. 고혈압 또는 고혈압은 심장 마비, 뇌졸중, 만성 신장 질환 및 기타 건강 문제의 위험과 관련이 있습니다. 저혈압 또는 저혈압은 혈액이 장기에 충분한 산소를 운반하지 못함을 의미하므로 심각한 문제가 될 수도 있습니다. 정기적으로 혈압을 측정하는 것은 전반적인 건강을 모니터링하고 잠재적인 문제를 식별하는 가장 좋은 방법 중 하나로 간주됩니다.

우리 대부분은 커프 스타일의 혈압 측정을 경험했습니다. 간호사, 의사 또는 기계는 혈액이 더 이상 흐르지 않을 때까지 팔 위쪽에 맞는 커프를 부풀린 다음 혈액이 다시 흐르기 시작할 때 나는 소리를 들으면서 커프에서 천천히 공기를 방출합니다. 그 지점에서 커프의 압력은 환자 동맥의 혈압과 일치합니다. 하지만 이 기술에는 한계가 있습니다. 혈관을 폐쇄해야 하기 때문에 주기적으로만 수행할 수 있고 팔에서만 데이터를 수집할 수 있습니다.

의사는 팔의 말초 측정뿐만 아니라 가슴과 신체의 다른 부분의 중심 측정도 포함하여 환자 혈압의 전체 파형을 제공하는 연속 판독값을 원합니다. 필요한 전체 정보를 얻기 위해 중환자실 의사와 외과 의사는 때때로 중환자의 동맥에 직접 카테터를 삽입하는 방법을 사용합니다(동맥선 배치 또는 "a-라인"으로 알려진 관행). 이는 침습적이며 위험할 수 있지만 지금까지는 실제 혈압을 지속적으로 판독할 수 있는 유일한 방법이었습니다. 심장 판막 문제와 같은 일부 경우에는 전체 혈압 파형이 의사에게 다른 방법으로는 얻을 수 없는 진단 정보를 제공할 수 있습니다.

"파형에는 정말로 가치 있는 많은 정보가 들어 있습니다."라고 Caltech의 전기 공학 방문 연구원이자 응급 의학 의사이자 논문의 공동 저자인 Alaina Brinley Rajagopal은 말합니다. 그리고 지난 10~20년 동안 개발된 다른 혈압 장치에는 응급 의사가 할 시간이 없는 교정 단계가 필요하다고 그녀는 말합니다. "환자에게 무언가를 붙이고 즉시 효과를 발휘할 수 있어야 합니다."

새 장치가 비용에 적합합니다. Esperto Medical이라는 분사 회사에서 제작하고 테스트한 현재 프로토타입은 카드 한 벌보다 작은 변환기 케이스에 보관되고 완장에 장착됩니다. 시계 또는 접착 패치. 연구팀은 이 장치가 병원에서 처음으로 사용되어 기존 병원 모니터에 유선으로 연결되는 것을 목표로 하고 있습니다. 이는 의사가 모든 환자의 실제 혈압을 지속적으로 모니터링하기 위해 더 이상 A-라인 배치의 위험을 따질 필요가 없음을 의미할 수 있습니다.

결국 Brinley는 그들의 장치가 혈압 커프도 대체할 수 있다고 말합니다. "혈압 커프는 커프를 착용할 때마다 한 번만 측정하므로 환자에게 집에서 혈압을 모니터링하도록 요청하는 경우 장치 사용법을 알아야 하고 착용해야 하며 정보를 기록하려면 동기가 부여되어야 하는데 대다수의 환자는 그렇게 하지 않습니다."라고 Brinley Rajagopal은 말합니다. "우리와 같은 장치를 사용하면 하루 종일 착용할 수 있고 의료 제공자가 원하는 만큼 많은 측정을 수행할 수 있으므로 더 정확하고 정확한 약물 투여가 가능합니다."

게임 체인저 개발

Rajagopal은 혈압 장치를 사용하여 이 지점에 도달하기까지의 긴 여정을 회상합니다. 약 10년 전, 브린리 라자고팔(Brinley Rajagopal)은 전 세계 건강 여행을 마치고 돌아왔습니다. 특히 그녀가 원격지에서 환자에게 제공할 수 있는 표준 진료에 좌절감을 느꼈습니다. Rajagopal과 이야기를 나누면서 두 사람은 의료용 트라이코더 같은 것을 발명할 수 있기를 바랐습니다. 스타 트렉 미래의 가상의 의사들이 환자를 스캔하고 의료 정보를 수집하고 진단하는 데 도움이 되었습니다. Brinley Rajagopal은 "이로 인해 우리는 그러한 목표에 더 가까워지기 위해 적용할 수 있는 기술에 대해 생각하게 되었습니다."라고 말했습니다. 공상 과학에서 영감을 받은 초기 논의는 결국 더 나은 혈압 모니터를 개발하려는 길로 이끌었습니다.

그러나 그들의 첫 번째 노력은 성공하지 못했습니다. 혈압을 도출하기 위해 혈액 속도를 사용하는 가능한 솔루션에 대한 수년간의 연구 끝에 팀은 막다른 골목에 도달했다고 결정했습니다. 현재의 다른 많은 혈압 모니터링 장치와 마찬가지로 이러한 접근 방식은 다음과 같은 기능만 제공할 수 있습니다. 상대적인 혈압 - 절대 수치를 제외한 최고치와 최저치의 차이입니다. 또한 교정이 필요했습니다.

드로잉 보드로 돌아가기

Rajagopal은 이 문제를 해결할 기회가 있는지 재평가하고 결정해야 할 때라고 결정했습니다. Rajagopal은 "실제로 중요한 통찰력을 얻게 된 것은 바로 이 절박한 순간이었습니다"라고 말했습니다.

Caltech의 1학년 물리학 과정을 회상하면서 그는 근처 벽에 낙서를 하기 시작했습니다. 그는 자신의 Physics1 교과서에 표준적인 문제가 제시되어 있다는 것을 기억했습니다. 즉, 끈이 장력을 받고 있다는 것입니다. 선이 얼마나 팽팽한지 어떻게 알 수 있나요? 줄을 핀셋으로 잡아당기면 진동파가 줄 위에서 앞뒤로 이동하는 속도를 줄의 공명 주파수와 연관시켜 답을 얻을 수 있습니다. Rajagopal은 "동맥을 한 방향으로 쭉 뻗고 마법처럼 비틀어 놓으면 울림이 공명 주파수를 제공하여 혈압을 측정할 수 있을 것이라고 생각했습니다."라고 말했습니다. 6년간의 실패와 첫 번째 원칙으로의 복귀 끝에 그들은 마침내 지도적인 통찰력을 얻었습니다.

그리고 실제로 이것이 새 장치의 기본 아이디어입니다. 기타를 조이는 동안 튕길 때 피치가 바뀌는 것처럼 음파에 부딪힐 때 동맥이 공명하는 주파수는 포함된 혈액의 압력에 따라 달라집니다.

이 공명 주파수는 초음파로 측정하여 혈압을 측정할 수 있습니다. 이 측정에는 동맥 반경, 동맥벽 두께, 동맥 피부의 장력 또는 에너지 등 세 가지 매개변수가 필요합니다.

물리학이 해결되었음에도 불구하고 해결해야 할 다른 세부 사항이 여전히 많이 남아 있었습니다. 즉, 동맥을 공명시키는 음파를 식별하고, 해당 공명을 측정하는 방법을 이해하고, 이를 다시 혈압으로 효율적으로 매핑하는 방법을 결정하는 것입니다. , 중요한 것은 작업 시스템을 구축하는 방법입니다.

Rajagopal은 "해당 시스템을 구축하려면 매우 특별한 맞춤형 기술이 필요했습니다."라고 말했습니다. Caltech 졸업생 Raymond Jimenez(BS '13)는 첫 번째 시스템을 구축하는 데 중요한 역할을 했습니다. "다른 많은 Caltech 동창들이 참여한 예술 형식은 물리학의 답을 매우 간단하고 실용적인 도구에 넣는 것이었습니다."

결과적으로 나온 Esperto 장치는 작고, 비침습적이며 상대적으로 저렴하며, 물리적으로 위치를 변경할 필요 없이 환자의 혈관 위치를 자동으로 찾을 수 있는 방법을 갖추고 있습니다. 또한, 저혈압 환자에게 정확하지 않거나, 환자의 피부색에 따라 결과가 달라지는 등 일부 혈압 측정 장치가 갖고 있는 문제도 발생하지 않습니다.

의료용 트라이코더는 아닐 수도 있지만 연구팀은 이 장치가 오랜 혈압 모니터링 문제를 해결한다고 말합니다. 그리고 Rajagopal은 그것이 백만 번의 작은 도약의 산물이라고 말합니다. "우리가 한 모든 일은 시간이 지남에 따라 우리가 저지른 정확한 실수의 산물입니다. 그리고 다른 사람들이 한 모든 작업도 마찬가지입니다."라고 그는 말합니다.

Caltech의 최고 혁신 및 기업 파트너십 책임자인 Fred Farina는 "이 연구는 Caltech를 그토록 주목할 만한 이유를 상징합니다. 즉, 기본 원칙으로 돌아가 물리적 현상을 기본 수준에서 이해함으로써 매우 어려운 문제를 해결하는 것입니다."라고 말했습니다. "팀의 끈기와 기업가적 추진력이 결합된 이 접근 방식은 사회적 영향을 미치고 사람들의 삶을 개선하기 위한 우리의 자체 제작 비법입니다."

새로운 기술을 설명하는 논문의 제목은 "비침습적이고 지속적인 혈압 모니터링을 위한 공명 초음파 ​​측정법"입니다. 논문의 추가 저자로는 Esperto Medical의 Raymond Jimenez(BS '13), Steven Dell, Austin C. Rutledge, Matt K. Fu(BS '13), William P. Dempsey(PhD '12) 및 Dominic Yurk( BS '17, PhD '23), 현재 Caltech의 Abu-Mostafa 그룹 회원입니다. Caltech에서의 작업은 Caltech 이사인 Charles Trimble(BS '63, MS '64), Carver Mead Innovation Fund 및 Grubstake Fund의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240807225523.htm