Onderzoekers van de Universiteit van Utah en de Universiteit van Illinois in Chicago hebben een draagbaar apparaat ontwikkeld dat continu de bloeddruk en de bloedstroom kan meten zonder dat daarvoor een traditionele opblaasbare manchet nodig is. Door op fysica gebaseerde modellen te combineren met kunstmatige intelligentie zou deze technologie de weg kunnen effenen voor comfortabelere en uitgebreidere cardiovasculaire monitoring.
De bloeddruk is een van de belangrijkste indicatoren voor de cardiovasculaire gezondheid, maar conventionele monitoring is gebaseerd op incidentele metingen met een manchet. Hoewel deze metingen effectief zijn, geven ze slechts een kortstondig beeld van de toestand van een patiënt en slagen ze er vaak niet in om schommelingen vast te leggen die gedurende de dag optreden.
Volgens onderzoeker Benjamin Sanchez Terrones wordt continue bloeddrukmonitoring al lang beschouwd als een grote uitdaging in de gezondheidszorgtechnologie. Hoge bloeddruk wordt vaak een “stille moordenaar” genoemd omdat het het risico op hartaanvallen, beroertes en aneurysma's aanzienlijk verhoogt. De nieuw ontwikkelde smartwatch wil deze beperking aanpakken door bloeddrukveranderingen continu te volgen in plaats van afzonderlijke metingen te registreren. De bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Communications.
Elektrische signalen
Veel draagbare gezondheidsapparaten schatten de bloeddruk met behulp van optische sensoren die veranderingen in de bloedstroom analyseren via licht. De wetenschappelijke basis van deze methoden is echter niet altijd volledig begrepen, en veel systemen leunen zwaar op AI-modellen die als ‘black boxes’ werken, waardoor hun output klinisch moeilijk te interpreteren is. Het nieuwe apparaat kiest voor een andere aanpak. In plaats van licht gebruikt het een pijnloze en onmerkbare elektrische stroom om de bio-impedantie te meten, oftewel de gemak waarmee elektriciteit door het bloed en de omliggende weefsels stroomt.
Omdat de bloedstroom bij elke hartslag verandert, bevatten subtiele variaties in elektrische geleidbaarheid informatie over zowel de bloeddruk als de bloedsomloop. Deze signalen worden vervolgens verwerkt door een AI-model dat gebaseerd is op gevestigde natuurkundige principes. Volgens coauteur Christel Hohenegger verbetert het direct in het model inbouwen van natuurkunde de betrouwbaarheid, omdat het systeem wordt beperkt door echte fysiologische processen in plaats van uitsluitend te vertrouwen op statistische voorspellingen.
Vloeistofdynamica en elektromagnetisme
De onderzoekers combineerden vloeistofdynamica, die beschrijft hoe bloed door bloedvaten stroomt, met elektromagnetisme, dat de bio-impedantiemetingen regelt. Dit geeft het systeem een transparante wetenschappelijke basis en helpt onrealistische voorspellingen te voorkomen.
In tegenstelling tot traditionele bloeddrukmeters die alleen systolische en diastolische waarden weergeven, reconstrueert de nieuwe technologie de volledige bloeddrukgolfvorm in de tijd. Volgens coauteur Braxton Osting moet bloeddruk worden gezien als een continu veranderend fysiologisch signaal in plaats van een paar statische getallen.
Door de volledige golfvorm vast te leggen, kunnen clinici observeren hoe de bloeddruk reageert op dagelijkse activiteiten zoals lopen, sporten of traplopen, wat mogelijk rijkere inzichten oplevert in de cardiovasculaire gezondheid. Een ander voordeel is dat het apparaat geen individuele gebruikerskalibratie vereist, een veelvoorkomende beperking van veel draagbare bloeddruktechnologieën.
Testresultaten
Om de technologie te valideren, hebben de onderzoekers het apparaat getest bij ongeveer 150 personen, waaronder patiënten op intensive care-afdelingen en in poliklinieken. Deze bredere testaanpak was bedoeld om de prestaties niet alleen bij gezonde vrijwilligers te evalueren, maar ook bij patiënten met uiteenlopende gezondheidstoestanden.
De resultaten suggereren dat de smartwatch continue cardiovasculaire monitoring kan bieden in verschillende klinische omgevingen. De Universiteit van Utah bezit momenteel de intellectuele eigendom van de technologie en onderzoekt mogelijkheden om de innovatie op de markt te brengen.
Hoewel verdere klinische validatie nodig is voordat de technologie op grote schaal kan worden toegepast, laat de studie zien hoe de combinatie van kunstmatige intelligentie en op fysica gebaseerde modellering de bloeddrukmeting kan veranderen. Door verder te gaan dan af en toe een meting en de volledige ‘film’ van cardiovasculaire activiteit vast te leggen, zou de technologie kunnen helpen bij het vroegtijdig opsporen van gezondheidsproblemen en een meer gepersonaliseerde behandeling van hart- en vaatziekten.
Wearable bloeddrukmeting
Voor het (continu) monitoren van de bloeddruk zonder de traditionele manchet werd vorig jaar al eens een ultradunne, flexibele biosensor ontwikkeld. Deze draagbare pleister analyseert bij iedere hartslag het tijdsverschil tussen elektrische hartsignalen (ECG) en mechanische polssignalen om zowel de systolische als diastolische bloeddruk volledig non-invasief te bepalen.
Voor de sensor gebruikten de onderzoekers een innovatief vloeibaar metaal met dezelfde elasticiteit als de menselijke huid. Dankzij een speciale lasersintertechniek konden nauwkeurige en duurzame elektronische circuits worden gecreëerd. De pleister blijft functioneren na meer dan 10.000 rekbewegingen en kan tot 700 procent van zijn oorspronkelijke lengte worden uitgerekt zonder prestatieverlies.
Tests toonden aan dat de technologie bloeddrukveranderingen tijdens fysieke inspanning nauwkeurig kan volgen en zelfs beter presteert dan traditionele meetmethoden. De pleister biedt daardoor nieuwe mogelijkheden voor thuismonitoring van mensen met hypertensie en voor continue gezondheidsmonitoring tijdens dagelijkse activiteiten of sport.
