Non-invasive measurements of central blood pressures by RF sensors

通过射频传感器无创测量中心血压

基本信息

  • 批准号:
    10649077
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 28.9万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-08-01 至 2025-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Arterial blood pressure (BP) and pulmonary arterial pressure (PAP) are fundamental for diagnosis and management of both systemic and pulmonary hypertension and for monitoring of surgical and critically ill patients. Systemic hypertension is the most common modifiable risk factor for cardiovascular disease and the leading contributor to mortality and disability in the world. Pulmonary hypertension is a group of pulmonary vascular disorders leading to increased PAP, right ventricular failure, and death. It is also common in the intensive care unit. Diagnosis of pulmonary hypertension remains challenging. Arterial BP is most commonly monitored with the non-invasive cuff-based sphygmomanometer, which only outputs brachial systolic and diastolic BP, differs from the critical central BP, and is prone to errors in the presence of arrhythmias. Instead of providing a continuous measurement, its BP values are averaged over many pulses. Invasive catheterization allows for direct arterial BP monitoring, but the technique is not risk-free. Noninvasive estimates of PAP from echocardiography, computed tomography (CT) scan and magnetic resonance imaging (MRI), although useful, remain variable and operator-dependent. Therefore, right heart catheterization is still the gold-standard diagnosis for PAP and pulmonary hypertension, despite being highly invasive. Monitoring of PAP at home or primary care is currently unfeasible. The overarching aim of this proposal is to evaluate whether a non-invasive radio-frequency (RF) sensor can retrieve central BP and PAP transients accurately and non-invasively. We hypothesize that the near-field coherent sensing (NCS) by RF carriers, which has been benchmarked on heartbeat and respiration waveforms with the gold-standard devices, can also be applied to derive central BP from the vibration characteristics of the aorta and pulmonary arteries in the entire cardiac cycle. The principle of operation is similar to that of the ground penetrating radar and air-puff tonometry, where Hilbert-Huang Transforms and machine learning can be adapted for BP signal processing. Our effort will start from building a phantom heart model, which will allow direct pumping control and host the NCS and catheter-based pressure sensors. We will also explore the multiple-input-multiple-output (MIMO) NCS to improve the local mapping of vibration characteristics. We will use anesthetized pigs as animal models for aortic BP and PAP studies, where similar sensors from the phantom will be deployed. The accuracy of the sensors and their ability to track changes in relation to the gold-standard pressure catheters will be benchmarked. Aortic BP studies will be modified by infusion of inotropes and vasopressors, while PAP by acutely changing the fraction of inspired oxygen (FiO2) and by inducing surfactant depletion followed by lung recruitment. Additionally, electrocardiogram (ECG) and photo-plethysmography (PPG) will be synchronized on the animals to investigate whether noninvasive calibration of the NCS BP readout can be realized.
项目概要/摘要 动脉血压(BP)和肺动脉压(PAP)是诊断和治疗的基础。 全身性高血压和肺动脉高压的管理以及手术和危重病人的监测 患者。全身性高血压是心血管疾病最常见的可改变危险因素 造成世界死亡和残疾的主要因素。肺动脉高压是一组肺动脉高压 血管疾病导致 PAP 增加、右心室衰竭和死亡。这也常见于 重症监护室。肺动脉高压的诊断仍然具有挑战性。 动脉血压最常使用基于袖带的无创血压计进行监测,该血压计仅 输出肱动脉收缩压和舒张压,与临界中心血压不同,并且容易出现错误 心律失常的存在。其血压值不是提供连续测量,而是对多次测量进行平均。 脉冲。有创导管插入术可以直接监测动脉血压,但该技术并非没有风险。 通过超声心动图、计算机断层扫描 (CT) 扫描和磁力对 PAP 进行无创评估 磁共振成像(MRI)虽然有用,但仍然存在变化且依赖于操作者。因此,右心 导管插入术仍然是 PAP 和肺动脉高压的金标准诊断,尽管 侵入性的。目前在家中或初级保健机构监测 PAP 是不可行的。 该提案的总体目标是评估非侵入式射频 (RF) 传感器是否可以 准确、无创地检索中心血压和 PAP 瞬态数据。我们假设近场 RF 载波的相干传感 (NCS),以心跳和呼吸为基准 黄金标准设备的波形也可用于从振动中得出中心血压 主动脉和肺动脉在整个心动周期中的特征。工作原理 类似于探地雷达和气吹眼压计,其中希尔伯特-黄变换和 机器学习可适用于 BP 信号处理。 我们的努力将从建立一个幻心模型开始,该模型将允许直接泵控制并托管 NCS 和基于导管的压力传感器。我们还将探索多输入多输出 (MIMO) NCS 改善振动特性的局部映射。我们将使用麻醉猪作为动物模型 主动脉血压和 PAP 研究,将部署来自体模的类似传感器。的准确度 传感器及其跟踪与金标准压力导管相关的变化的能力将进行基准测试。 主动脉血压研究将通过输注正性肌力药物和血管加压药进行修改,而 PAP 将通过急剧改变 吸入氧 (FiO2) 分数并诱导表面活性剂消耗,然后进行肺募集。此外, 将对动物进行同步心电图 (ECG) 和光电体积描记法 (PPG) 进行研究 能否实现NCS血压读数的无创校准。

项目成果

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