突破！把血壓計“紋”在身上，全天候監測並預警高血壓危象_風聞
Science_北京-不惧过往，不畏将来！2022-08-10 17:38
**導語：**家用血壓計已應用多年，其工作過程廣為人知：將手臂放入袖帶內，按下開始按鈕，感覺手臂受到擠壓，然後讀數。雖然這種方法的結果是準確的，但只能測量瞬時血壓值，得到的只是單一的數據點，可能很難捕捉到高血壓特徵。我們的血壓在一天中變化很大，尤其是在不穩定的高血壓患者中，血壓極易從一個極端變化到另一個極端。如果不及時發現血壓的異常升高，會導致高血壓患者出現嚴重的心腦血管疾病，如：中風、腦梗、心梗和猝死等。
血壓計——石墨烯電子紋身
僅捕捉瞬時血壓值，還可能會出現“白大衣高血壓（看見穿白大褂的醫生，血壓就升高）”誤判，或錯過血壓預警與識別疾病全貌。一些血壓連續監測方法主要依賴於光學、聲學或力學模式。這些系統的共同缺點是體積大並且與皮膚的彈性特性不相容。
那麼，有沒有操作簡單、無創、準確、輕便、不影響日常生活且可長期連續監測血壓的產品呢？
2022年6月20日，德克薩斯大學奧斯汀分校研究團隊在Nature Nanotechnol發表題為“Continuous cuffless monitoring of arterial blood pressure via graphene bioimpedance tattoos”的研究成果（圖1）[1]。
研究發現可導電的石墨烯電子紋身可持續收集皮膚傳導的小電流，並通過機器學習算法分析血壓結果；測量血壓準確性較高，誤差：收縮壓為0.2±5.8 mmHg，舒張壓為0.2±4.5 mmHg，平均動脈壓力為0.1±5.3 mmHg；石墨烯的薄層會牢牢粘在皮膚上，不會四處滑動，可避免“偽影”數據；石墨烯電子紋身可以在皮膚上佩戴大約一週。
圖1 研究成果（圖源：[1]）
能與其它指標關聯並分析
在非臨牀（動態）環境中持續監測動脈血壓對於瞭解人體多種健康狀況至關重要。醫生依靠袖帶血壓計測量收縮壓、舒張壓和平均動脈血壓的瞬間值。
然而，人體血壓全天波動很大，且與個人行為、日常習慣和生活方式等相關，因此必須持續定期監測患者的血壓，及時對高血壓預警和預後護理。
此項研究介紹了一個使用原子級薄石墨烯電子紋身和生物阻抗作為測量模式的BP測量數據集。該石墨烯紋身使用了高質量CVD（Chemical Vapor Deposition）石墨烯，並在超薄的200 nm聚甲基丙烯酸甲酯層上製造。
石墨烯是一種類似於石墨鉛筆內部的碳，這種材料是導電的，電子紋身位於一種粘性、有彈性的材料中，包裹着傳感器，長時間佩戴舒適且不會滑動。這意味着它可以通過皮膚傳導小電流，並且，這種電子紋身會牢牢粘在皮膚上。
該設備通過將電流射入皮膚然後分析身體的反應（稱為生物阻抗）來進行測量。生物阻抗與血壓變化之間存在相關性，血壓變化與血容量變化有關。然而，相關性並不是特別明顯，因此該團隊創建了一個機器學習模型來分析這種聯繫以獲得準確的血壓讀數。
一旦石墨烯薄層捕獲原始數據，機器學習算法就會解釋信息並以mmHg（用於測量血壓的單位）提供結果。使用機器學習迴歸模型將記錄的生物阻抗與動脈血壓相關聯，從而構建動脈血壓監測數據庫平台。
把肉體“變成”健康數據模型
試驗中，每位參與者均接受了4±1小時的連續血壓監測，進行了約2500±600次動脈血壓測量，獲得18667個數據點（表1）。
圖2 石墨烯電子紋身工作原理（圖源：[2]）
表1 受試者編號、數據收集日期、實驗持續時間和在實驗中完成活動的所有數據
數據來源：[1]丨製表：生物探索編輯團隊
注：
1、Hand Grip Cold Pressor（HGCP）：受試者進行握力運動3分鐘，緩慢抬高DBP和SBP，然後將手放入冰冷的水桶（Cold pressor，CP）中1分鐘，以確保BP首先變得更高，然後在4分鐘的休息時間裏非常緩慢地下降。
2、騎車：受試者進行一組4分鐘的自行車騎行跑步機練習，中間休息4分鐘。
3、Valsalva：每個Valsalva動作都包括一個受試者捏住鼻子，同時試圖用力呼氣20-30秒，從而產生廣泛的內部壓力積聚，提高BR，然後降低，又非常迅速地再次迅速增加。
4、基線：在沒有BP更改協議的數據收集開始時，參與者處於休息狀態。
5、休息：無BP更改協議，參與者處於休息狀態。
研究結果表明石墨烯電子紋身測量血壓準確性較高，誤差：收縮壓為0.2±5.8 mmHg，舒張壓為0.2±4.5 mmHg，平均動脈壓力為0.1±5.3 mmHg。
該研究的合作者德克薩斯大學生物醫學工程教授Roozbeh Jafari博士表示，“我們不經常測量血壓是因為受到血壓監測設備的侷限，我們也無法準確瞭解身體血壓狀況。用於紋身的傳感器很小巧，重量輕到無感。你甚至看不到它，它也不會動，且可以在運動、睡覺、工作和就餐等不同情境下保持正常運行。但是，你需要將傳感器保持在同一個地方，因為如果你移動它，測量結果就會不同。”
他解釋道：“有了這項新技術，我們將有機會了解我們的血壓在白天是如何波動的，將能夠量化血壓對我們身體的影響。在醫學領域，無袖帶血壓監測是‘聖盃’，目前市場上還沒有可行的解決方案。使用電子紋身技術將患者從機器中解脱出來，可實現在任何地方都能收集血壓數據。醫生根據連續血壓數據結果，對患者進行個性化護理，這將推動醫學進步。”
該研究的另一合作者Deji Akinwande博士表示“**電子紋身監測到的數據可以創建一個數字孿生模型將人體指標數據化，記錄和預測隨着時間的推移，人體可能對治療做出反應。**每個人都可以從瞭解他們的血壓記錄中受益，這不僅適用於有高血壓風險的人，也適用於其他人主動監測個人的健康、壓力和其他因素。”
Akinwande的團隊正在開發第二代電子紋身，預計將在未來5年內推出。第二代電子紋身體積將更小，且使用藍牙技術和近場通信（NFC）傳輸數據，並與為其供電的智能手錶和手機兼容。用於持續血壓監測的電子紋身即將進行臨牀試驗，並在不久之後成為主流。
撰文|文競擇
來源|公眾號生物探索（biodiscover）授權轉載
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參考資料：
[1]Kireev D, Sel K, Ibrahim B, et al. Continuous cuffless monitoring of arterial blood pressure via graphene bioimpedance tattoos. Nat Nanotechnol. 2022 Jun 20. doi: 10.1038/s41565-022-01145-w. Epub ahead of print. PMID: 35725927.
[2]https://www.medscape.com/viewarticle/977914#vp_1
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