次世代ウェアラブル超音波パッチが血圧測定を革新—臨床試験で高精度を実証
血圧測定の常識を覆す新技術
カリフォルニア大学サンディエゴ校（UCSD）の研究チームは、連続的かつ非侵襲的に血圧を測定できる新しいウェアラブル超音波パッチを開発しました。本技術は、100名以上の患者を対象とした厳格な臨床試験を経て評価された初の超音波血圧測定デバイスであり、血圧管理の精度を大幅に向上させる可能性を持っています。この研究成果は、2024年11月20日に学術誌Nature Biomedical Engineeringに掲載されました。
研究論文のタイトルは、「Clinical Validation of a Wearable Ultrasound Blood Pressure Sensor」（ウェアラブル超音波血圧センサーの臨床的検証）です。
UCSDの材料科学・工学博士課程を修了したサイ・ジョウ（Sai Zhou, PhD）は、次のように述べています。
「従来の血圧測定はカフ式であり、一時的な血圧値しか測定できません。この方法では、重要な血圧変動のパターンを見逃す可能性があります。一方で、私たちのウェアラブルパッチは、連続的に血圧の波形データを記録できるため、詳細な血圧の推移を明らかにすることができます。」
超音波パッチの特徴
この新しいウェアラブル超音波パッチは、伸縮性のある柔らかい素材でできており、皮膚に直接貼り付けて使用します。そのサイズは郵便切手ほどの大きさであり、前腕に装着することで、体内の深部血管の血圧を高精度でリアルタイムに測定できます。
このパッチは、シリコンエラストマー製の柔軟な構造を持ち、その内部にはピエゾ電気変換素子（超音波トランスデューサー）が配置されています。これらのトランスデューサーが超音波を発信・受信し、血管の直径の変化を捉えることで、血圧を測定します。このデータは、リアルタイムで血圧値に変換されます。
技術革新—精度向上の2つのポイント
本研究では、以前に開発された超音波パッチの改良版として、以下の2つの技術革新を加えました。
1. トランスデューサーの密度を向上
- ピエゾ電気変換素子をより高密度に配置し、小さな血管（上腕動脈・橈骨動脈などの臨床的に重要な動脈）にも対応できるようにしました。これにより、測定精度が向上しました。
2. 振動ノイズを抑制
- トランスデューサーの振動を抑える「バック層」を追加することで、不要な振動を低減し、血管壁の動きをより正確に捉えられるようにしました。これにより、血圧測定の信頼性が向上しました。
臨床試験による性能評価
この超音波パッチは、従来のカフ式血圧計および動脈ラインと比較して、同等の精度を持つことが確認**されました。
- カフ式血圧計（従来の血圧測定法）との比較では、すべてのテストで高い一致率を示しました。
- 動脈ライン（ICUや手術室で用いられる侵襲的な血圧測定法）との比較でも、測定値が一致し、非侵襲的な代替手段として有望であることが確認されました。
動脈ラインは、血圧を連続測定するためのゴールドスタンダード（最も正確な測定法）ですが、動脈へのカテーテル挿入が必要なため、患者の痛みや移動の制限といったデメリットがあります。一方で、本研究の超音波パッチは、痛みを伴わず、患者が自由に動ける非侵襲的な方法でありながら、高い精度を実現しました。
包括的な臨床試験
研究チームは、計117名の被験者を対象に、さまざまな状況でパッチの精度と安全性を検証**しました。
- 日常生活での評価（7名）
- サイクリング、腕や脚の動作、暗算、瞑想、食事、エナジードリンク摂取など、日常生活の様々な状況で測定。
- 姿勢変化での評価（85名）
- 座位から立位への移行時など、姿勢の変化に伴う血圧変化を測定。
- 医療機関での評価（25名）
- カテーテル検査室（21名）および集中治療室（4名）で、動脈ラインと比較しながら連続血圧測定を実施。
すべての試験において、超音波パッチの測定値は、従来の方法と高い相関性を示し、信頼性の高さが実証されました。
UCSDのシェン・シュー教授（Sheng Xu, PhD）は、この成果について次のように語っています。
「この技術の大きな進歩は、徹底的な臨床検証を行った点にあります。血圧は、白衣高血圧、仮面高血圧、日常生活の影響、薬の使用など、多くの要因によって変動します。そのため、さまざまな実環境や臨床環境でテストすることが重要でした。」
今後の展望
研究チームは、大規模な臨床試験を計画しており、さらなる改良を進めています。特に、以下の点に重点を置いています。
- AI（機械学習）を活用した測定精度の向上
- 無線化・バッテリー搭載による長時間モニタリングの実現
- 病院システムとのシームレスな統合
この技術の発展により、高血圧や心血管疾患の早期発見・管理が容易になり、医療の質が向上する可能性があります。
研究チーム
本研究には、UCSDとシカゴ大学の研究者が参加しました。
主な共著者には、
- サイ・ジョウ（Sai Zhou）
- ゴンホ・パーク（Geonho Park）
- キャサリン・ロンガードナー（Katherine Longardner）
- ムヤン・リン（Muyang Lin）
- シェン・シュー（Sheng Xu, PhD）などが含まれます。
すべての実験は、米国国立衛生研究所（NIH）の倫理指針に基づき、UCSDの倫理審査委員会（IRB）の承認を受けて実施されました。
まとめ
本研究によって、ウェアラブル超音波パッチが高精度な血圧測定を実現する可能性が明らかになりました。従来の血圧測定方法の限界を克服し、臨床および在宅医療において、より詳細で正確な血圧管理を可能にする画期的な技術となることが期待されます。
画像：この小型で伸縮性のある皮膚パッチは、超音波を利用して体内深部の血圧を継続的にモニターする。(Credit: David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering)
