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一种新的压力传感技术正在帮助医生读取心脏的一些最深处的秘密。这种心脏监护仪使用机电动力学来检测患者肺动脉中的关键压力水平，并将这些读数无线传输给医生，从而避免了笨重的移动部件或外部电源的需要。
对于美国大约 580 万面临慢性心力衰竭的人来说，返回医院的次数可能频繁、代价高昂且危险。通常根据最近的临床检查结果开具药物和剂量，并通过患者的症状和体重波动（这可能表明心脏内液体迅速积聚——这种情况通常会引发心力衰竭）或多或少地监测健康状况。
但研究表明，这种新型植入式无线设备可能会提供更好的早期预警。这些信息有助于医生跟踪患者的心脏健康状况并相应地调整药物，从而减少与心脏相关的住院次数。最近临床试验的结果，发表在2月10日的《柳叶刀》杂志上，显示每天监测心脏的慢性心力衰竭患者在六个月内的再住院率减少了30%（在研究的整个15个月期间减少了39%）。该研究得到了设备制造商 CardioMEMS 的支持。
加州大学洛杉矶分校心脏病科副主任、未参与该研究的 格雷格·福纳罗说：“这项研究代表了心力衰竭患者管理方面的重大进展。” “这项试验开启了一个新时代，可以采用血液动力学的远程监测来增强心力衰竭患者的治疗效果。”
虚弱的心脏，更弱的措施
随着越来越多的人从心脏病发作中幸存下来，过去几十年里，患有虚弱心脏的人口比例不断增加，使得慢性心力衰竭成为一种日益常见的疾病。
心力衰竭患者经常在开始感到呼吸短促时最终住院，这是因为过多的液体会对动脉和肺部造成压力。那时，评估和治疗通常是昂贵且具有侵入性的——例如，压力读数是通过插入导管来获取的。
CardioMEMS 的心脏病专家兼首席执行官 杰伊·亚达夫 说：“我们总是在修复已经损坏的东西。” 他指出，如果医生能够在严重症状出现之前检测到患者的病情恶化，那么治疗心力衰竭可能会更便宜、更容易。
福纳罗说：“传统的监测心力衰竭症状和体征的方法不是很敏感。” 这些措施，例如每日体重波动或呼吸急促，通常被注意到得太晚而无法避免住院或侵入性手术。2010 年的一项远程监测研究 对 1,600 多名向医生报告体重变化的心力衰竭患者进行了研究，结果发现这种读数并没有减少死亡人数。
福纳罗指出，相反，新的监护仪“允许进行积极的管理，以尽早解决液体积聚问题，并有可能防止因心力衰竭恶化而住院。”
俄亥俄州立大学医学中心的心脏病专家、CardioMEMS 的顾问和新研究的合著者 威廉·亚伯拉罕 指出，它的每日报告为实践个性化医疗提供了更具体和精确的机会，根据个人情况的变化来定制治疗方案。
感知压力
较旧的植入式心脏设备在延长心脏病患者的寿命方面有着良好的记录。但这些设备需要电源，例如内部电池（需要更换）或电线（可能断裂）。
新设备没有内部电源，也没有主要的移动部件，因此，正如亚伯拉罕指出的那样，“没有什么会磨损。” 它使用微机电系统 (MEMS) 技术来测量周围动脉压力的细微变化。
开发人员根据国防高级研究计划局 (DARPA) 资助的用于感知喷气发动机压力变化的技术开发了该设备。这项研究是由国防高级研究计划局资助的。他们将其与麻省理工学院在被动无线传感方面的进步相结合，创造了一种可以在硅晶片上制造的芯片状电路。最终的产品是一个小型密封传感器，预计植入后可无限期地保持功能。
该设备长 15 毫米，宽 3.5 毫米，像支架一样植入，通过腿部静脉进入。然后将其放入肺动脉，血压有助于将其固定到位。镍钛合金（非磁性镍钛合金）锚定环将其固定在动脉壁上，似乎不会阻碍血液流动。
在传感器内部，玻璃膜会随着设备外部压力的变化而略微移动（大约一纳米）。这种原子级的移动会改变中心电容器两端的电压，从而改变传输到内部线圈的能量，从而形成一个谐振电路。
谐振是获取内部读数的关键。植入该设备的患者躺在包裹在枕头中的接收器控制台上。基站使用亚达夫所描述的“乒乓和监听方法”，每秒发出 100,000 次射频能量脉冲。传感器吸收这种能量并将其中的一部分反射回去，通过先前读数的频率变化来传递任何压力变化。这个过程大约需要 18 秒，确保数据是在至少几个呼吸周期内收集的，这会影响压力读数。
然后，信息通过调制解调器发送到安全的集中式数据库，医生可以通过网站访问患者的信息。如果检测到患者的动脉压力升高超过个性化的阈值，系统可以向相关医生发送警报，然后医生可以决定是否调整药物剂量或采取其他行动。
测量 MEMS
对内部医疗设备进行测试可能很棘手，尤其是在它们需要手术时。为了避免进行假手术并保持研究的盲法性，研究人员将传感器植入到所有 550 名试验对象中，但对于 280 名对照组个体，数据不会传递给他们的医生。所有参与者每天都会同步数据，然后从他们的治疗医生那里获得反馈，这些医生遵循脚本，这样他们就不会透露他们是否正在主动接收数据。所有患者还接受了基于标准护理实践的监测和治疗。医生使用激素、利尿剂和血管扩张药物来帮助控制高动脉血压。
在试验期间受到主动监测的患者肺动脉压力降低幅度更大，再住院次数减少，在医院外的时间更多，并且报告的生活质量更高。如果他们因心脏问题再次入院，受监测组的平均住院时间（约 2.2 天）短于未受监测组（3.8 天）。
亚伯拉罕估计，包括植入在内的新设备成本约为 15,000 美元，如果获得美国食品和药物管理局的批准，则从长远来看可以节省资金，目前该机构正在审查该申请。在美国，治疗心力衰竭的住院费用每年超过 195 亿美元，而因心力衰竭死亡的患者仅在生命的最后六个月内平均花费超过 117,000 美元的住院费用。
在《柳叶刀》同一期发表的一篇评论文章中，莫纳什大学心血管研究和教育治疗中心主任 亨利·克鲁姆 指出，该研究仅检查了心力衰竭患者的一个子集。正如福纳罗指出的那样，“还需要进一步的研究来确定这种无线监测对患有轻度心力衰竭的患者是否也有益。”
该研究还仅使用住院作为衡量该设备有效性的标准。研究人员将不得不检查更多数据，以确定受监测组干预的哪些方面有助于防止额外入院，以及无线监护仪在降低死于慢性心力衰竭的可能性方面是否有效。
但心脏病领域的许多人似乎都希望类似的技术将在不久的将来帮助改善个性化医疗护理。正如克鲁姆在他的文章中总结的那样：“我们仅仅处于患者监测革命的开端。”
这项传感器技术还有潜力改善其他常见疾病的医疗手段。类似的微机电系统（MEMS）传感器已经在监测用于治疗主动脉瘤的支架植入物。Yadav指出，这些传感器还可以跟踪骨折愈合情况以及事故或疾病后脑部的肿胀情况，并可能在其他疾病中发挥作用，例如肝病或泌尿系统问题。
Abraham设想，未来植入的传感器可以与其他内部设备（如心脏起搏器）进行通信，从而根据个人状况的每日、每小时甚至每次心跳的变化进行实时微调校准。