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一種新的壓力感測技術正在幫助醫生讀取心臟的一些最深處的秘密。這種心臟監護儀使用機電動力學來檢測患者肺動脈中的關鍵壓力水平，並將這些讀數無線傳輸給醫生，從而避免了笨重的移動部件或外部電源的需要。
對於美國大約 580 萬面臨慢性心力衰竭的人來說，返回醫院的次數可能頻繁、代價高昂且危險。通常根據最近的臨床檢查結果開具藥物和劑量，並透過患者的症狀和體重波動（這可能表明心臟內液體迅速積聚——這種情況通常會引發心力衰竭）或多或少地監測健康狀況。
但研究表明，這種新型植入式無線裝置可能會提供更好的早期預警。這些資訊有助於醫生跟蹤患者的心臟健康狀況並相應地調整藥物，從而減少與心臟相關的住院次數。最近臨床試驗的結果，發表在2月10日的《柳葉刀》雜誌上，顯示每天監測心臟的慢性心力衰竭患者在六個月內的再住院率減少了30%（在研究的整個15個月期間減少了39%）。該研究得到了裝置製造商 CardioMEMS 的支援。
加州大學洛杉磯分校心臟病科副主任、未參與該研究的 格雷格·福納羅說：“這項研究代表了心力衰竭患者管理方面的重大進展。” “這項試驗開啟了一個新時代，可以採用血液動力學的遠端監測來增強心力衰竭患者的治療效果。”
虛弱的心臟，更弱的措施
隨著越來越多的人從心臟病發作中倖存下來，過去幾十年裡，患有虛弱心臟的人口比例不斷增加，使得慢性心力衰竭成為一種日益常見的疾病。
心力衰竭患者經常在開始感到呼吸短促時最終住院，這是因為過多的液體會對動脈和肺部造成壓力。那時，評估和治療通常是昂貴且具有侵入性的——例如，壓力讀數是透過插入導管來獲取的。
CardioMEMS 的心臟病專家兼執行長 傑伊·亞達夫 說：“我們總是在修復已經損壞的東西。” 他指出，如果醫生能夠在嚴重症狀出現之前檢測到患者的病情惡化，那麼治療心力衰竭可能會更便宜、更容易。
福納羅說：“傳統的監測心力衰竭症狀和體徵的方法不是很敏感。” 這些措施，例如每日體重波動或呼吸急促，通常被注意到得太晚而無法避免住院或侵入性手術。2010 年的一項遠端監測研究 對 1,600 多名向醫生報告體重變化的心力衰竭患者進行了研究，結果發現這種讀數並沒有減少死亡人數。
福納羅指出，相反，新的監護儀“允許進行積極的管理，以儘早解決液體積聚問題，並有可能防止因心力衰竭惡化而住院。”
俄亥俄州立大學醫學中心的心臟病專家、CardioMEMS 的顧問和新研究的合著者 威廉·亞伯拉罕 指出，它的每日報告為實踐個性化醫療提供了更具體和精確的機會，根據個人情況的變化來定製治療方案。
感知壓力
較舊的植入式心臟裝置在延長心臟病患者的壽命方面有著良好的記錄。但這些裝置需要電源，例如內部電池（需要更換）或電線（可能斷裂）。
新裝置沒有內部電源，也沒有主要的移動部件，因此，正如亞伯拉罕指出的那樣，“沒有什麼會磨損。” 它使用微機電系統 (MEMS) 技術來測量周圍動脈壓力的細微變化。
開發人員根據國防高階研究計劃局 (DARPA) 資助的用於感知噴氣發動機壓力變化的技術開發了該裝置。這項研究是由國防高階研究計劃局資助的。他們將其與麻省理工學院在被動無線感測方面的進步相結合，創造了一種可以在矽晶片上製造的晶片狀電路。最終的產品是一個小型密封感測器，預計植入後可無限期地保持功能。
該裝置長 15 毫米，寬 3.5 毫米，像支架一樣植入，透過腿部靜脈進入。然後將其放入肺動脈，血壓有助於將其固定到位。鎳鈦合金（非磁性鎳鈦合金）錨定環將其固定在動脈壁上，似乎不會阻礙血液流動。
在感測器內部，玻璃膜會隨著裝置外部壓力的變化而略微移動（大約一奈米）。這種原子級的移動會改變中心電容器兩端的電壓，從而改變傳輸到內部線圈的能量，從而形成一個諧振電路。
諧振是獲取內部讀數的關鍵。植入該裝置的患者躺在包裹在枕頭中的接收器控制檯上。基站使用亞達夫所描述的“乒乓和監聽方法”，每秒發出 100,000 次射頻能量脈衝。感測器吸收這種能量並將其中的一部分反射回去，透過先前讀數的頻率變化來傳遞任何壓力變化。這個過程大約需要 18 秒，確保資料是在至少幾個呼吸週期內收集的，這會影響壓力讀數。
然後，資訊透過調變解調器傳送到安全的集中式資料庫，醫生可以透過網站訪問患者的資訊。如果檢測到患者的動脈壓力升高超過個性化的閾值，系統可以向相關醫生髮送警報，然後醫生可以決定是否調整藥物劑量或採取其他行動。
測量 MEMS
對內部醫療裝置進行測試可能很棘手，尤其是在它們需要手術時。為了避免進行假手術並保持研究的盲法性，研究人員將感測器植入到所有 550 名試驗物件中，但對於 280 名對照組個體，資料不會傳遞給他們的醫生。所有參與者每天都會同步資料，然後從他們的治療醫生那裡獲得反饋，這些醫生遵循指令碼，這樣他們就不會透露他們是否正在主動接收資料。所有患者還接受了基於標準護理實踐的監測和治療。醫生使用激素、利尿劑和血管擴張藥物來幫助控制高動脈血壓。
在試驗期間受到主動監測的患者肺動脈壓力降低幅度更大，再住院次數減少，在醫院外的時間更多，並且報告的生活質量更高。如果他們因心臟問題再次入院，受監測組的平均住院時間（約 2.2 天）短於未受監測組（3.8 天）。
亞伯拉罕估計，包括植入在內的新裝置成本約為 15,000 美元，如果獲得美國食品和藥物管理局的批准，則從長遠來看可以節省資金，目前該機構正在審查該申請。在美國，治療心力衰竭的住院費用每年超過 195 億美元，而因心力衰竭死亡的患者僅在生命的最後六個月內平均花費超過 117,000 美元的住院費用。
在《柳葉刀》同一期發表的一篇評論文章中，莫納什大學心血管研究和教育治療中心主任 亨利·克魯姆 指出，該研究僅檢查了心力衰竭患者的一個子集。正如福納羅指出的那樣，“還需要進一步的研究來確定這種無線監測對患有輕度心力衰竭的患者是否也有益。”
該研究還僅使用住院作為衡量該裝置有效性的標準。研究人員將不得不檢查更多資料，以確定受監測組干預的哪些方面有助於防止額外入院，以及無線監護儀在降低死於慢性心力衰竭的可能性方面是否有效。
但心臟病領域的許多人似乎都希望類似的技術將在不久的將來幫助改善個性化醫療護理。正如克魯姆在他的文章中總結的那樣：“我們僅僅處於患者監測革命的開端。”
這項感測器技術還有潛力改善其他常見疾病的醫療手段。類似的微機電系統（MEMS）感測器已經在監測用於治療主動脈瘤的支架植入物。Yadav指出，這些感測器還可以跟蹤骨折癒合情況以及事故或疾病後腦部的腫脹情況，並可能在其他疾病中發揮作用，例如肝病或泌尿系統問題。
Abraham設想，未來植入的感測器可以與其他內部裝置（如心臟起搏器）進行通訊，從而根據個人狀況的每日、每小時甚至每次心跳的變化進行即時微調校準。