Un patch optoélectronique à porter sur la peau pourrait transformer le contrôle de la tension artérielle pour les patients souffrant de maladies chroniques.
Les bio-ingénieurs de KAUST ont mis au point un patch optoélectronique flexible, ou ePatch, qui se porte sur la peau du patient et permet de surveiller en continu la pression artérielle sans avoir recours à des brassards compressibles ou à des appareils filaires.
La surveillance continue de la pression artérielle pourrait offrir des avantages significatifs pour de nombreuses pathologies, aidant à la fois les patients et les professionnels de santé. La détérioration de pathologies telles que les maladies cardiovasculaires et le diabète pourrait être détectée et traitée plus rapidement s’il existait une méthode confortable et en temps réel pour surveiller la pression artérielle tout au long de la vie quotidienne des patients.
« Les appareils électroniques portables permettent une surveillance 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, et fournissent des données complètes pour l’analyse de la santé sans que les patients aient besoin de se rendre à plusieurs rendez-vous médicaux », indique Yizhou Zhong, qui a travaillé sur le projet sous la supervision de Sahika Inal de la KAUST, au sein d’une équipe internationale de la KAUST comprenant des scientifiques du Royaume-Uni, des États-Unis et d’Espagne.
Le patch à couche mince intègre plusieurs composants pour fournir des mesures précises de la pression artérielle. Son substrat polymère robuste abrite divers éléments fonctionnels, notamment un transistor électrochimique organique, une photodiode organique, des LED et des électrodes de biocapteurs.
« Notre percée a consisté à réaliser la mesure simultanée de deux types d’informations physiologiques essentielles dans un signal hybride combiné », ajoute M. Zhong.
La surveillance actuelle de la pression artérielle repose sur l’électrocardiographie (ECG), qui mesure le rythme et la fréquence cardiaques. Parallèlement, les variations du volume sanguin dans les tissus microvasculaires sont déterminées à l’aide de la photopléthysmographie (PPG), qui consiste à éclairer la peau et à mesurer la quantité de lumière transmise ou réfléchie. Cela permet de calculer le temps de transit sanguin entre la valve aortique et les sites périphériques. Le nouvel ePatch intègre ces deux signaux en un seul signal hybride, appelé électrocardiophotopléthysmogramme (EC-PPG).
« Le transistor collecte les signaux provenant à la fois des photodiodes d’enregistrement PPG et des électrodes ECG, les combine, puis amplifie la sortie afin que nous puissions résoudre les signaux correctement. C’est une caractéristique unique de notre conception », précise Zhong. « Les données EC-PPG sont ensuite analysées en externe via un modèle d’apprentissage profond afin d’estimer la pression artérielle. »
« Il s’agit d’un outil au potentiel très prometteur », ajoute M. Inal. « Notre approche permet une surveillance continue à intervalles de 10 secondes et surpasse les approches à double signal existantes. Par ailleurs, les électrodes biosensorielles de l’ePatch mesurent également les concentrations d’ions et de glucose dans la sueur, des signes vitaux sans rapport avec la pression artérielle, mais qui constituent des indicateurs utiles pour l’évaluation de la santé cardiovasculaire. »
L’ePatch réduit également les dépenses en matériel, et les besoins en calcul sont faibles car les modèles d’apprentissage profond sont entraînés sur un seul signal hybride. Cependant, le processus de fabrication est actuellement long, et les chercheurs doivent donc l’optimiser avant que le patch puisse être produit en série.
L’équipe prévoit plusieurs améliorations de l’ePatch à mesure qu’elle passe à la phase d’essais de prototypes. Une miniaturisation et une encapsulation accrues amélioreront le confort et la durabilité pour l’utilisateur, tandis que l’intégration d’une source d’alimentation compacte et efficace permettra un fonctionnement autonome à long terme.
« Nous espérons également intégrer une interface de communication sans fil fiable qui améliorera la transmission des données en temps réel et offrira des capacités de surveillance à distance cohérentes », conclut Zhong.
Zhong, Y., Zhang, Y., Pu, J., Wustoni, S., Uribe, J., Lopez-Larrea, N., Marks, A., McCulloch, I., Mecerreyes, D., Baran, D. & Inal, S. Monitoring blood pressure through a single hybrid hemodynamic signal with a flexible optoelectronic patch. Device 3, 100778 (2025).| article
Source : KAUST
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