Ein neues implantierbares, ultraschallbasiertes Blutdrucküberwachungssystem hat in einem ambulanten Schafsmodell klinisch zuverlässige Messungen demonstriert, wie in Microsystems & Nanoengineering veröffentlichte Forschungsergebnisse zeigen. Die Studie adressiert kritische Einschränkungen aktueller Blutdrucküberwachungstechnologien, die für die Prävention kardiovaskulärer Ereignisse essenziell sind, aber häufig unter Unbehagen, Bewegungsinterferenz und schlechter Ausrichtung leiden.
Hypertonie bleibt weltweit eine der Hauptursachen für Herzerkrankungen, Schlaganfälle und vorzeitige Sterblichkeit. Während regelmäßige Blutdruckverfolgung kardiovaskuläre Risiken signifikant reduzieren kann, stören herkömmliche manschettenbasierte Messungen die täglichen Aktivitäten und sind für kontinuierliches Monitoring ungeeignet. Alternativen wie Photoplethysmographie und tragbare Ultraschallpflaster versuchen, diese Einschränkungen zu adressieren, kämpfen aber häufig mit geringer Eindringtiefe, Abhängigkeit von Gelen und erheblicher Empfindlichkeit gegenüber Fehlausrichtung oder Bewegung. Das neu entwickelte System, detailliert in einer am 6. November 2025 veröffentlichten Arbeit (DOI: 10.1038/s41378-025-01019-w), bietet einen subkutanen Ansatz, der diese Probleme vermeidet.
Das Gerät verfügt über ein 5 × 5 mm² großes Array piezoelektrischer mikromechanischer Ultraschallwandler, das kontinuierlich Arteriendurchmesseränderungen misst, um Blutdruckwellenformen zu rekonstruieren. Durch umfassende Laborvalidierung und eine in-vivo-Implantation in einem ambulanten Schaf demonstrierten die Forscher, dass das Gerät klinisch zuverlässige systolische und diastolische Messungen mit minimalem Kalibrierungsfehler erreicht. Das System basiert auf einem dichten 37 × 45 PMUT-Array, das mit CMOS-kompatiblen Prozessen hergestellt wurde, wobei jeder PMUT eine 29-µm-Membran aufweist und bei etwa 6,5 MHz in Wasser arbeitet, um hohe axiale Auflösung und starkes Echoeindringen durch Gewebe zu ermöglichen.
Zur Blutdruckbestimmung misst das Gerät die Laufzeit zwischen Ultraschallechos, die von den vorderen und hinteren Arterienwänden reflektiert werden. Dieses Zeitintervall wird in eine Echtzeit-Durchmesserwellenform umgewandelt, die über Gefäßsteifigkeitsmodelle direkt mit dem Blutdruck korreliert. Laborexperimente mit Teströhren bestätigten den linearen Zusammenhang zwischen Durchmesser und Druck, und Simulationen zeigten, dass tragbare Systeme bei nur 1 mm Fehlausrichtung bis zu 60% der Signalstärke verlieren können – ein Problem, das das implantierte Design durch stabilen Kontakt vermeidet.
Während der in-vivo-Tests implantierten die Forscher das PMUT-System über der Oberschenkelarterie eines erwachsenen Schafs. Das Gerät erfasste erfolgreich detaillierte Druckwellenformen, einschließlich Merkmalen wie der dikrotischen Kerbe, und stimmte mit Goldstandard-Arterienkatheter-Messungen innerhalb von −1,2 ± 2,1 mmHg für systolischen und −2,9 ± 1,4 mmHg für diastolischen Druck überein. Diese Ergebnisse zeigen, dass das minimalinvasive Design langfristig präzise Leistung ohne die Nachteile von Manschetten oder empfindlichen Wearables beibehält.
Die Studie deutet darauf hin, dass diese Technologie langfristiges Hypertonie-Management unterstützen und Klinikern umfangreichere kardiovaskuläre Daten als periodische Messungen ermöglichen könnte. Ihre Stabilität gegenüber Gewebewachstum, Bewegung und Umgebungsinterferenzen macht sie besonders geeignet für kontinuierliches Monitoring, frühzeitige Erkennung kardiovaskulärer Anomalien und Integration in digitale Gesundheitsplattformen. Zukünftige Fortschritte – wie Beamforming zur Minderung von Positionsverschiebungen und datengesteuerte Analysen für individualisierte Risikovorhersage – könnten ihren klinischen Nutzen weiter ausbauen. Die Forschung wurde teilweise vom BSAC (Berkeley Sensor and Actuator Center) unterstützt, und die vollständige Studie ist verfügbar unter https://doi.org/10.1038/s41378-025-01019-w.
