讓爸媽同意刺青的好理由:紋身也能測血壓

血壓是評估身體狀況的重要的指標之一,為協助人們更好地掌控血壓變化,除了傳統的血壓測量器,也有許多智慧型裝置推出此項功能。唯,血壓計體積較大,攜帶不便,壓脈帶的使用也令人不甚舒適;智能手錶也因佩戴習慣、在手腕上移動而影響準確率。

近日,美國德州的研究團隊開發出一款電子紋身裝置——石墨烯電子紋身,只要固定在手腕的位置上,就能連續精準地測量血壓數值,無論紋身者是清醒、運動或是處在睡眠期間,都能完整、準確地掌握血壓變化,打破傳統血壓計只能做到一次性測量的限制。

刺青除了是藝術創作、自我意志的彰顯、社會地位的表徵等,如今更具備了監控健康的實用功能。這不僅是說服父母同意刺青的好理由,也可以揪他們一起紋個家徽,一起健康、一起帥美。

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能監測血壓的電子紋身

你身上有刺青嗎?如果這個刺青能專門測量你的血壓數值變化,你會想把它刺到身上嗎?

本周一(20),美國德州大學奧斯汀分校(University of Texas at Austin)與德州農工大學(Texas A&M University)合作的研究團隊宣布,他們共同開發出一款以石墨烯(graphene)製成的電子紋身(e-tattoo)原型。團隊表示,這款電子紋身就像一般的刺青貼紙,只要黏貼在手腕內側後便能持續地監測紋身者的血壓數值。

關於這項技術的研究,他們發布在科學期刊《自然奈米科技》(Nature Nanotechnology)上。

影片介紹此次開發的石墨烯電子紋身具有防水功能,貼到手腕內側後不會造成生活上的不便。另外,透過這款電子紋身,人們在測量血壓時可以測量出連續的血壓數字,準確地掌握到一段時間內的血壓變化。

傳統血壓計的限制

此次研究的共同作者、德州農工大學的生物醫學工程教授賈法瑞(Roozbeh Jafari)表示,「血壓是一項重要的指數,可以幫助我們衡量身體的健康狀況,但如果你想測量血壓,一天只測一、二次遠遠不夠。目前我們普遍用袖帶(又稱壓脈帶)來側量血壓,既不方便也不舒服,而且不是很實用」。

現在的血壓計無論體積設計再小,都需仰賴袖帶的協助,使得人們在測量血壓時往往覺得不太舒服。而穿戴型的監測裝置如智慧型手錶,雖然有提供心跳、血氧濃度等生理數值,但也因為佩戴後會在手腕上移動,所顯示的數據並不是真的準確。

測量的好幫手:石墨烯

研究團隊希望突破現有的血壓計儀器的限制,開發出一種無須袖帶就能準確測量血壓的媒介工具。而團隊發現,石墨烯的特性正符合他們的需求。

石墨烯是目前已知的礦物石墨中的一層原子層,是世界上最薄、最堅硬、電阻率最小的一種奈米材料。

此次研究的共同領導人、德州大學奧斯汀分校的電機與計算機工程學教授阿金萬德(Deji Akinwande)表示,以石墨烯製成的感應器,能輕便地黏在人體上,輕便到人們幾乎不會注意到它的存在。他說:「把它放到手腕上以後,你幾乎感覺不到它、看不見它,它也完全不會移動。」

也因為石墨烯能長久固定在手腕的位置上,它能連續精準地測量血壓數值,無論紋身者是清醒、運動或是處在睡眠期間,都能收集到他精準的血壓數字。

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知道了血容量就知道血壓

有了石墨烯電子紋身作為測量血壓的感應媒介後,在獲取血壓的數字與判讀上,研究團隊利用了生物電阻抗(bioimpedance)的分析技術——透過向皮膚表面發射微弱的電流,偵測身體對電流的反應。

由於我們身體的血壓與血容量(blood volume)有關,生物電阻抗能以此測量出血壓的變化。而整套系統便是透過發射電流到手腕皮膚後,偵測手臂上動脈的血容量,這些訊號再回傳到團隊另外建立的一套機器學習(machine learning)中,進一步判讀這些數據,並轉換為人們熟知的血壓數。

持續改良 盼與智慧型手錶結合

不過,因為石墨烯電子紋身目前還在開發階段,所有測量與判讀的儀器都必須擺放在身邊,透過電線連接到這些儀器,紋身者的血壓數字才能被顯示出來。

研究團隊希望未來研發出無線的方式測量血壓,並且把這些血壓的資料顯示到智慧型手錶上。

「我們想讓測量血壓的科技有所突破,以後能連續性地測量血壓,而且是被動式的,意思是說你可能根本不知道你的血壓正在被測量。」德州農工大學的生物醫學工程教授賈法瑞說道。

現在的血壓計只能做到一次性測量,出於一些緣故,例如看醫生時的壓力,人們常常在診所測量的數字會和家中的數字出現差異。而且傳統的血壓計會要求人們必須坐著測量,不能站著或是四處走動。

未來更確實掌握個人的健康

賈法瑞表示,醫療領域一直期盼無袖帶的血壓計誕生,並且希望有更進步的技術能收集到病患的資料,無論他們是在家或是在診所時,藉由這些資料讓他們得到更合適的照護。

阿金萬德補充:「那些數據與資料也讓我們可以建立病患的身體模型:數位分身(digital twin),作為預測還有了解病患對某些治療後的反應。」

在此之前,其他的研究團隊也曾研究過用光體積變化描記圖法(photoplethysmography,PPG)測量血流所引起的反射光強度,判斷出血容量並得出血壓值。健康智慧手錶Fitbit目前就在嘗試這套方法,但光學測量容易受到深色皮膚與皮下脂肪層厚度的影響。

研究團隊希望此次的研究能為測量血壓的醫療科技帶來新的變革,下一步是提供高血壓患者測試這套石墨烯電子紋身。

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