Caltech、初の非侵襲的な連続血圧測定法を開発
(caltech.edu)- 連続的な血圧波形はこれまで動脈カテーテルのような侵襲的な方法に依存してきたが、Caltechの研究チームは患者の負担を減らしながら、複数の身体部位で実際の血圧を継続的に読み取る方法を開発した
- 特許技術であるresonance sonomanometryは、音波で動脈の共鳴を誘導し、超音波画像で共鳴周波数を測定して血圧を算出する
- 小規模な臨床研究で、試作品は標準的な血圧カフと同様の結果を示し、収縮期・拡張期の数値だけでなく血圧波形全体も測定した
- 既存のカフは血管を一時的に塞ぐ必要があるため、間欠的な測定と腕での測定にとどまり、中心血圧や部位別の連続的な変化を見ることが難しい
- Esperto Medicalの現在の試作品は、トランプ1組より小さいトランスデューサーケースとアームバンドの形態で、初期の目標は病院のモニターに有線接続して使う方式である
非侵襲的な連続血圧測定が難しかった理由
- Caltechの学際的研究チームは、身体の複数部位で非侵襲的に血圧を継続測定する方法を整えた
- この装置は患者にほとんど負担をかけず、家庭・病院・遠隔地でのバイタルサイン監視に活用できる可能性がある
- 新しい手法はPNAS Nexusの論文に掲載されており、論文タイトルは「Resonance sonomanometry for noninvasive, continuous monitoring of blood pressure」である
resonance sonomanometryの測定原理
- resonance sonomanometryは、音波で動脈に穏やかに共鳴を起こした後、超音波画像で動脈の共鳴周波数を測定する
- 動脈内の血液の圧力によって共鳴周波数が変わり、この値を用いて血圧を算出する
- 測定には3つのパラメーターが必要である
- 動脈の半径
- 動脈壁の厚さ
- 動脈皮膚の張力またはエネルギー
- 研究チームは、ギターの弦が張るほど弾いたときの音程が変わる原理と同じように、動脈も音波刺激を受けると血圧に応じて共鳴周波数が変わると考えた
既存の血圧カフとarterial lineの限界
- 一般的な血圧カフは上腕を包んで血流が止まるまで膨らませた後、空気をゆっくり抜き、血液が再び流れ始める音を基準に血圧を測定する
- この方式は血管閉塞を伴うため間欠的にしか実施できず、腕からしかデータを得られない
- 医師は腕での末梢測定だけでなく、胸部や他の身体部位での中心測定、血圧波形全体を含む連続測定を求めている
- 集中治療室の医師や外科医は、実際の血圧を継続的に読み取るために、動脈へカテーテルを直接挿入するarterial lineを使ってきた
- この方式は侵襲的で、危険を伴う可能性がある
- これまで実際の血圧の連続測定値を得る唯一の方法だった
- 心臓弁の問題など一部のケースでは、血圧波形全体が他の方法では得にくい診断情報を提供する
装置の性能と試作品の形態
- 小規模な臨床研究で、新しい装置は標準治療である血圧カフと類似した結果を示した
- 装置は患者の皮膚に弱い振動感を与え、絶対血圧と波形全体を測定できる
- 現在の試作品はEsperto Medicalが製作・試験しており、トランプ1組より小さいトランスデューサーケースに収められ、アームバンドに取り付けられる
- 研究チームは、この装置が将来的に腕時計サイズのパッケージや接着パッチの形に収まる可能性があると見ている
- 初期の目標は病院での使用であり、既存の病院モニターに有線接続される形を想定している
- Espertoの装置は小型で非侵襲的、比較的安価で、患者の血管を自動で見つける方法を備えているため、物理的に再配置する必要がない
- 一部の血圧モニタリング装置で見られる問題も避けられると見ている
- 低血圧の患者で正確でない問題
- 患者の肌のトーンによって結果が変わる問題
開発過程と臨床応用の可能性
- 研究チームは約10年にわたり、実際の臨床課題を解決できるレベルの装置を作るために開発を続けてきた
- 当初は血流速度から血圧を導出しようとしたが、絶対値ではなく高低測定間の差である相対血圧しか提供できず、補正が必要だったため限界に突き当たった
- その後、大学1年の物理学における弦の張力の問題から着想を得て、動脈を刺激した後、共鳴周波数から血圧を求める方式へ転換した
- 救急医療の環境では別途補正ステップに時間を使うのが難しいため、患者に貼り付ければすぐに動作する装置が必要である
- 病院では、実際の血圧を連続監視するためにarterial lineを挿入するリスクを負わなければならない状況を減らせる
- 長期的には血圧カフを置き換える可能性も言及されている
- カフは実行するたびに1回しか測定しない
- 家庭でのモニタリングでは、患者が装置の使い方を知っており、装着し、記録する動機が必要である
- 研究チームは、一日中装着し、医療提供者が望むだけ測定するplace and forget方式が、薬剤投与量をより精密に調整するのに役立つ可能性があると見ている
2件のコメント
Hacker Newsのコメント
昨年末に高血圧クリーゼを経験した立場からすると、病院や診察室で血圧を誤って測る慣行がいちばんもどかしい
会話、動き、休息していない状態、起きた直後、支えのない姿勢、1回だけの測定など、基準値より血圧を高くする要因は多い
AMA、AHA、CDCのような主要な保健機関は正しい測定方法を推奨しているが、医療現場では時間がかかるという理由であまり守られていない。単一の測定値だけでは不十分で、誤診につながりうる
血圧は行動、姿勢、活動によって絶えず変わる動的な値なので、継続的により信頼性高く測るには、結局十分な測定時間が必要になりそう
実際の測定方法があり得ないほど不適切。30分待たされて苛立った患者が、看護師に呼ばれて急いで立ち上がり、見慣れない廊下を進み、通話を終えようとして慌ただしく、どこへ行けばよいのか分からず緊張した状態で体重を量られ、その直後に血圧を測る、という具合
だから最近もっとも適切な方法は、自宅で測定して血圧の記録を残すことだと思う
技師が測った値は電子カルテに入り、医師が最後に測り直して「いいですね」と言っても、その値は無視される
結局、自宅でたまに自分で測ることにし、実際には問題ないと分かって、比喩的な意味での血圧も下がった
あるとき、看護師が私が診察台におとなしく座っている状態で血圧を測り、すぐに慌てて、同じ腕でもう一度測り、残りの四肢でも急いで測った末に、結局あきらめた
都心の交通を抜け、駐車場を探し、病院まで歩いたあと、自分が本来生きているはずがないことを思い出させる騒がしい子どもたちからできるだけ離れて座っていれば、血圧が普段より高くなるのは当然だ。なのに、なぜ測定する側のほうが動揺するのか分からない
看護師たちが血圧測定の推奨事項をすべて無視することに慣れてしまったので、診察前に自宅で自分で測って見せるようになった。年を取るにつれて結局治療が必要なレベルまで上がり、今は薬を飲んでいるが、いまだに適切な血圧測定の推奨事項を一つでも守る看護師を見たことがない
それでも白衣高血圧はよく起きるので、看護師にボタンをもう一度押すよう頼まなければならないことが多い。2回目の測定ではだいたい20/10ほど下がり、正常範囲に戻る
血圧測定対象者の環境、動き、食事といった活動情報も一緒に収集するピンを作り、1日分の音声を録音し、必要に応じて写真を撮り、Whisperで文字起こしして検索可能な日次ログにできるとよさそう
実際にはスマートフォンでも可能だが、バッテリー持ちが問題。余っているAndroidスマートフォンで1日の記録専用ビルドを作り、音声・動画をキャプチャし、自宅のローカルネットワークに接続したらDocker DesktopのFastAPIエンドポイントへ自動アップロードしてNASに整理し、ffmpegワークフローで処理する、という形も面白い
こうしたアプローチは以前にも試みられたことがある。Bill Softkyが、似たような音響変換ベースの連続非侵襲血圧測定スタートアップで働いた経験を書いており、問題は多かった
非侵襲デバイスは動脈ラインと同じくらい正確に血圧を測る必要があったが、切開せずに特殊な音波振動とアルゴリズム解析で、瓶の中の圧力を開けずに測るような問題だったという
推定血圧は実際の血圧と拍ごとに一緒に上下したが、患者が指を動かしたり、腕を回したり、ニコチンのような血管収縮薬を使ったときにも一緒に変化した
望む信号と相関する値を計算するのは比較的簡単だが、腕の動きのような望ましくないものと相関しない信号を計算するのははるかに難しい、という測定上の教訓を得たという
<https://www.linkedin.com/pulse/monster-monetization-bill-sof...>
CalTechチームがその非相関の問題をどう解いたのか、とても気になる
学界出身者から見ると、こういう資料は概して価値が低く、研究室でごく小さなことを成し遂げたあと、大学が見栄えよく包装するケースも多い
テストは頸動脈で行われた。活動中の装着問題まで扱おうとしているのかは分からず、臨床環境で使われる可能性のほうが高そう
いちばん単純には、腕が中立位置にあるときだけ確認でき、実際にはそれよりもっと複雑で優れた方法を使っていることを期待する
この技術の主要用途の一つは手術中で、そのときは理想的には何も動かない
興味深い。以前、脈波到達時間（Pulse Arrival Time, PAT）を実装したデバイスに取り組んだことがあるが、チームの生体医工学者たちは「血圧そのものではないが、同じ目的に使える」と言っていた
この技術がPATより優れているのか、「PATを同じ目的に使える」という話がどれほど本当なのか気になる
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6912522/
Biobeatという会社が、胸に貼るパッチで24時間連続血圧測定を行う製品を販売している
聞いたところでは、臨床で使用されており、機能しているという
https://www.bio-beat.com/cuffless-blood-pressure-monitoring
「最初の方法」を発明したわけではない。この方式は数年前、ひょっとすると10年前から研究で使われていて、対象は耳たぶだった
後で論文を探してリンクする
https://scholar.google.com/scholar?q=earlobe+blood+pressure
https://www.todaysmedicaldevelopments.com/article/wearable-b...
Garminと連携するイヤークリップ型デバイスがずっと欲しかった。耳たぶで心拍数と血圧を測り、音楽再生や時計の通知も処理するようなものだ。耳たぶは体温もかなり安定して測れる
この血圧ウォッチは欧州のいくつかの国で承認されていると理解している。毎月、通常の方法で較正する必要がある
来年あたり米国での承認も目指しているようだ
https://aktiia.com/
https://aktiia.com/uk/regulatory-approval-no-need-for-calibr...
ちなみに英国の転送サービスを使い、EUのApp Storeでアプリを入手すれば、米国でもブレスレットを手に入れられる
今後、人類にとって大きな進歩になる技術だ。個人的には5〜8年ほど遅かった
製品開発に2〜5年、重度の高血圧が原因だった可能性が高い出血性脳卒中から3年が経っているからだ
当時40歳で、血圧を一度も測ったことがなく、運動中には当然測っていなかった。事故の後はずっと血圧を測るようになり、8回目に椅子に座って袖をまくりながら、Apple Watchに血圧センサーはないのかと思った
その疑問から調べてみて、人類はまだ移動中に血圧を測る方法を見つけていないのだと知った。今回の取り組みは称賛に値する
かなり昔からある問題だ。PubMedでnoninvasive blood pressure monitoringと検索するだけで4,834件出てくる。Caltechの「初」の定義は妙だ
付け加えると、カフ以外にも多くの方法が試されてきたが、カフより精密なものを必要とする患者はたいてい、すでにICUにいるほど重症で、動脈ラインを入れられる。この件は正直、問題を探している解決策に近い
家庭用を除くとしても、これが動脈ラインと同じくらい正確だと証明できるなら、ICU患者や大きな手術を受ける患者にとって大きな利点になる
連続血圧が必要な状況で動脈ラインを入れるのは本当に嫌だ
動脈ラインがあると、ただ起き上がって動いたりベッドで寝返りを打ったりするのも難しく、非侵襲測定なら単にクリップを外せるし、最初から完全に可動式にもできる
問題は、きちんと機能する非侵襲方式であり、これまではそこが障害だった
Aktiiaは、すでにこのようなことを行うと主張する製品を市場に出している: https://aktiia.com/uk/
ただし、この製品は光学方式ベースだ
自分が高血圧なので詳しく知りたかったのだが、要点は、非常に良い条件でもかなり不正確だということだった
おおよそ1時間に1つの測定値を生成する
血糖かと思った…