Al abordar un problema que data de décadas, un equipo multidisciplinario de investigadores de Caltech ha descubierto una forma de medir de forma no invasiva y continua la presión arterial en cualquier parte del cuerpo sin molestar al paciente. Un dispositivo basado en una nueva técnica promete permitir una mejor monitorización de los signos vitales en el hogar, en los hospitales y potencialmente incluso en lugares remotos donde los recursos son limitados.
La nueva técnica patentada, llamada sonomanometría por resonancia, utiliza ondas sonoras para estimular suavemente la resonancia en una arteria y luego utiliza imágenes de ultrasonido para medir la frecuencia de resonancia de la arteria, lo que mide con precisión la presión arterial. En un pequeño estudio clínico, el dispositivo, que proporciona a los pacientes una ligera sensación en la piel, produjo resultados similares a los obtenidos con un manguito de presión arterial estándar.
“Logramos un dispositivo que es capaz de medir la presión arterial absoluta, no solo los números sistólicos y diastólicos que estamos acostumbrados a obtener con un manguito de presión arterial”, dice Yasser Abu Mustafa (PhD – Rather Full Waveform). ’83), profesor de ingeniería eléctrica e informática y uno de los autores de un nuevo artículo que describe la técnica y el dispositivo en la revista Nexo PNAS. “Con este dispositivo se puede medir la presión arterial de forma continua y en diferentes puntos del cuerpo, lo que proporciona mucha más información sobre la presión arterial de una persona”.
“Este equipo ha estado trabajando durante casi una década, tratando de crear algo que marque la diferencia, lo suficiente como para resolver un problema médico real”, dice Aditya Rajagopal (BS ’08, PhD ’14), asociado visitante en ingeniería eléctrica. en Caltech, profesor asistente de investigación de ingeniería biomédica en la USC y coautor del nuevo artículo. “Muchos grupos, incluidos gigantes tecnológicos como Apple y Google, están trabajando para lograr una solución de este tipo, ya que permite un espectro de posibilidades para monitorear a los pacientes desde el hospital hasta el hogar. Nuestro enfoque para la presión arterial a nivel hospitalario amplía el acceso a la monitorización y el control cardíaco. métricas de salud.”
Presión arterial 101
La presión arterial es simplemente la fuerza de la sangre que empuja contra las paredes de los vasos sanguíneos del cuerpo a medida que se bombea por todo el cuerpo. La presión arterial alta, o hipertensión arterial, se relaciona con el riesgo de sufrir un ataque cardíaco, un derrame cerebral, una enfermedad renal crónica y otros problemas de salud. La presión arterial baja o hipotensión también puede ser un problema grave porque significa que la sangre no suministra suficiente oxígeno a los órganos. Medir periódicamente la presión arterial se considera una de las mejores formas de controlar la salud general e identificar problemas potenciales.
La mayoría de nosotros hemos experimentado la medición de la presión arterial con manguito. Una enfermera, un médico o una máquina infla un manguito que se ajusta alrededor de la parte superior del brazo hasta que la sangre comienza a fluir y luego lo desinfla lentamente mientras escucha el sonido que una vez hizo la sangre. En este punto, la presión en el manguito es igual a la presión sanguínea en las arterias del paciente. Pero la técnica tiene limitaciones: sólo se puede realizar periódicamente, porque implica ocluir un vaso sanguíneo, y sólo puede recoger datos del brazo.
Los médicos preferirían obtener lecturas continuas que proporcionen una onda completa de la presión arterial del paciente, y no sólo mediciones periféricas del brazo, sino también mediciones centrales del pecho y otras partes del cuerpo. Para obtener toda la información que necesitan, los médicos y cirujanos de cuidados intensivos a veces recurren a insertar un catéter directamente en una arteria en pacientes en estado crítico (una práctica llamada vía arterial o “línea A”). Es invasivo y puede ser peligroso, pero hasta ahora ha sido la única forma de obtener lecturas precisas de la presión arterial de manera consistente. En algunos casos, como los problemas con las válvulas cardíacas, las formas de onda completas de la presión arterial pueden proporcionar a los médicos información de diagnóstico que de otra manera no podrían obtener.
“Hay mucha información en esa forma de onda que es realmente valiosa”, dice Alaina Burnley Rajagopal, asociada visitante en ingeniería eléctrica en Caltech, médica de emergencia y coautora del artículo. Y otros dispositivos de presión arterial desarrollados en las últimas décadas requieren un paso de calibración para el que los médicos de urgencias no tienen tiempo, afirma. “Necesito poder ponerle algo al paciente y que funcione de inmediato”.
El nuevo dispositivo cumple los requisitos. El prototipo actual, construido y probado por una empresa derivada llamada Spirto Medical, está alojado en una caja de transductor más pequeña que una baraja de cartas y sujeta a un brazalete, aunque los investigadores dicen que eventualmente podrá caber dentro de un paquete. Un reloj o parche adhesivo. El equipo pretende implementar el dispositivo primero en hospitales, donde se conectará a los monitores hospitalarios existentes mediante un cable. Esto puede significar que los médicos ya no tendrán que sopesar los riesgos de colocar una vía para lograr un control continuo y verdadero de la presión arterial de un paciente determinado.
En última instancia, Burnley dice que su dispositivo también podría reemplazar a los manguitos de presión arterial. “Los manguitos de presión arterial solo toman una medición cada vez que se usa el manguito, por lo que si les pide a los pacientes que controlen su presión arterial en casa, necesitan saber cómo usar el dispositivo, deben ponérselo y estar motivados. registrar esa información, y yo diría que la mayoría de los pacientes no lo hacen”, dice Burnley Rajagopal. “Tener un dispositivo como el nuestro, donde simplemente se coloca y se olvida, se puede usar todo el día y puede tomar tantas mediciones como su proveedor pueda tomar, permitirá una dosificación mejor y más precisa de los medicamentos”.
Desarrollando un elemento de cambio
Rajagopal recuerda el largo camino hasta este punto con un dispositivo de presión arterial. Hace aproximadamente una década, Burnley Rajagopal regresó de una gira mundial por la salud, particularmente decepcionada con la calidad que pudo brindar a los pacientes en lugares remotos. Mientras hablaban con Rajagopal, los dos desearon poder inventar algo como el tricorder médico, un dispositivo portátil. viaje a las estrellas que ayudó a los médicos ficticios del futuro a escanear pacientes, recopilar información médica y realizar diagnósticos. “Nos hizo pensar en las tecnologías que podríamos adoptar para acercarnos a ese objetivo”, dice Burnley Rajagopal. Esas primeras conversaciones inspiradas en la ciencia ficción finalmente lo llevaron por el camino de intentar construir un mejor monitor de presión arterial.
Pero sus primeros intentos no tuvieron éxito. Después de años de trabajar en una posible solución utilizando la velocidad de la sangre para capturar la presión arterial, el equipo decidió que habían llegado a un callejón sin salida. Como ocurre con muchos otros dispositivos actuales de control de la presión arterial, este enfoque sólo puede ofrecer relativo Presión arterial: la diferencia entre lecturas altas y bajas sin un número absoluto. Esto también requirió calibración.
De vuelta a la mesa de dibujo.
Rajagopal decidió que era hora de reevaluar y determinar si tenía alguna posibilidad de resolver el problema. “Fue un momento de frustración que en realidad condujo a una idea clave”, dice Rajagopal.
Recordando su curso de física de primer año en Caltech, comenzó a garabatear en una pared cercana. Recordó que su libro de texto de Física 1 presentaba un problema básico: tienes una cuerda bajo tensión. ¿Cómo se determina qué tan apretada está una línea? Si pinzas una cuerda, puedes correlacionar la velocidad a la que las ondas de vibración viajan hacia adelante y hacia atrás en la cuerda con la frecuencia de resonancia en la cuerda, lo que puede darte la respuesta. “Pensé que si podía tirar de una arteria en una dirección, pinzarla mágicamente y soltarla, el sonido nos daría la frecuencia de resonancia, lo que nos daría la presión arterial”, dice Rajagopal. Después de seis años de fracasos y de regresar a los primeros principios, finalmente tuvo la idea que lo guiaría.
Y, de hecho, esa es la idea básica detrás del nuevo dispositivo: como el tono cambiante de una guitarra cuando se estira y se estira, la frecuencia a la que resuena una arteria cuando es golpeada por ondas sonoras cambia la presión sanguínea en su interior.
La frecuencia de esta resonancia se puede medir mediante ultrasonido, que mide la presión arterial. Esta medición requiere tres parámetros: la medición del radio de la arteria, el grosor de las paredes arteriales y la tensión o energía en la piel arterial.
Una vez resuelta la física, todavía quedaban muchos otros detalles por resolver: identificar las ondas sonoras que hacen resonar las arterias, descubrir cómo medir esa resonancia y luego determinar cómo devolverla efectivamente a la presión arterial y, lo que es más importante, cómo para crear un sistema que funcione.
“La creación de este sistema requirió algunas tecnologías extraordinariamente desarrolladas”, dice Rajagopal, el ex alumno de Caltech Raymond Jimenez (BS ’13) fue fundamental en la creación de este primer sistema. “Artform, junto con muchos otros ex alumnos de Caltech, fue poner la respuesta física en una forma muy simple. herramienta sencilla y práctica.”
El dispositivo Asperto resultante es pequeño, no invasivo, relativamente económico y tiene una forma automatizada de localizar el vaso sanguíneo de un paciente sin la necesidad de manipularlo físicamente. Tampoco sufre los problemas que tienen algunos dispositivos de control de la presión arterial, como no ser precisos para pacientes con presión arterial baja o obtener resultados diferentes según el color de piel del paciente.
Puede que no sea un tricorder médico, pero el equipo dice que el dispositivo resuelve un problema de larga data en el control de la presión arterial. Y Rajagopal dice que es producto de un millón de pequeños saltos. “Todo lo que hemos hecho es el resultado de los errores correctos que hemos cometido a lo largo del tiempo”, dice, “y de todas las cosas que otros han hecho”.
“Este trabajo resume lo que hace que Caltech sea tan notable: volver a los primeros principios y comprender un fenómeno físico en un nivel fundamental”, dice Fred Farina, director de innovación y asociación corporativa de Caltech, “este enfoque, combinado con el equipo. fuerza e impulso empresarial, es nuestra receta local para lograr impacto social y mejorar la vida de las personas”.
El artículo que describe la nueva técnica se titula “Sonomanometría de resonancia para la monitorización continua y no invasiva de la presión arterial”. Los autores adicionales del artículo incluyen a Raymond Jiménez (BS ’13), Steven Dale, Austin C. Rutledge, Matt K. Fu (BS ’13) y William P. Dempsey (PhD ’12) de Esperto Medical, y Dominic Urick (BS ’17, PhD ’23), miembro actual del grupo de Abu Mustafa en Caltech. El trabajo de Caltech fue apoyado por el administrador de Caltech, Charles Trimble (BS ’63, MS ’64), el Fondo de Innovación Carver Mead y el Fondo Grubstake.
