一種可穿戴式血壓傳感器，能夠提供準確的血壓連續測量

微訪談：Blumio聯合創始人兼首席執行官Catherine Liao

據麥姆斯咨詢報道，美國硅谷初創公司Blumio基于英飛凌（Infineon）的XENSIV毫米波雷達芯片組，開發了一種可穿戴式血壓傳感器，能夠提供準確的血壓連續測量。相比應用條件苛刻的血壓計測量方案，Blumio的解決方案可以提供精確的非接觸式、無壓力連續血壓測量。

近日外媒Fierce Electronics采訪了Blumio聯合創始人兼首席執行官Catherine Liao，暢談了可穿戴式血壓監測裝置的重要性，以及Blumio方案的基本原理和市場化策略。麥姆斯咨詢編譯了訪談內容以饗讀者。

Q：據了解，連續血壓測量是一個眾所周知的難題，您為什么認為Blumio可以能人所不能？

A：目前可以通過體積鉗法（Volume Clamping）和動脈張力法（Applanation Tonometry）來進行連續血壓監測。我認為您的問題是指無袖帶血壓監測所面臨的挑戰。

現在已有多家公司正在嘗試通過結合ECG和光體積描記法（PPG）傳感器檢測脈搏傳播時間或進行脈搏波分析來確定血壓。但是，上述傳感器均無法簡便地提供準確的壓力測量結果。這些光學傳感器容易引入其他變量，從而導致測量結果不準確。美國西北大學（Northwestern University）的Jay Pandit博士最近發表了一篇很棒的論文，總結了這些方法及其面臨的挑戰。

而我們從根本上設計了一種使用毫米波雷達技術的新型血壓傳感器。盡管已有FDA批準的基于血壓計的連續血壓監測器械，但由于它們需要精確放置并在測量部位施加恒定壓力而導致不適和瘀傷，因而往往難以使用。在我們的IEEE論文中，已經證明了Blumio的傳感器可以產生與血壓計相當的壓力信號。這給了我們很大的信心，可以獲得與血壓計方案相當的準確血壓測量，并且具有無袖帶可穿戴設備的所有優點。

Q：人體一天中血壓的波動有多大？為什么連續血壓測量是一項重要突破？

A：人體血壓每分鐘每小時都在自然波動。這些波動通常都會在正常范圍內。但是，當我們的血壓經常出現超出正常的峰值時，就表示人體出現了異常情況，需要進一步檢查。全面監測血壓一天的波動情況，可以找出導致波動的原因，從而有助于提供針對性的治療方案。

一項針對63,910名成年人的為期10年的研究發現，與臨床血壓測量值相比，動態血壓測量值更能預測各種原因和心血管疾病的死亡率。白大褂高血壓（指在醫院、診所出現的血壓升高現象）不是一種良性疾病，與持續性高血壓相比，隱性高血壓的死亡風險更高。

Q：Blumio曾預計在2017年將產品投放市場，但顯然沒有實現，你們目前正在解決哪些挑戰？

A：早在2016年，我們就成功開發了一款血壓監測原型系統。該系統使用了我們自行研發的毫米波雷達，可以檢測手腕和上臂動脈的搏動。在人體實驗中，我們發現系統與皮膚表面的相互作用，會將不想要的噪聲引入血壓信號。這促使我們探索其它可替代的毫米波雷達系統，最終我們采用了英飛凌的XENSIV雷達芯片，這是一種工作在60 GHz的調頻連續波（FMCW）雷達。

Blumio開發的sub-GHz原型，并開發了智能手機應用程序

Q：這款毫米波雷達方案解決了哪些問題，在應用中又引入了哪些問題？

A：毫米波雷達方案最大的好處是它不需要對測量部位施加壓力，并且不需要與皮膚接觸。在我們當前的原型系統中，雷達芯片的位置距離皮膚表面大約幾毫米。

毫米波雷達的缺點是運動噪聲。我們要測量的運動非常?。ㄐ〉街挥?.05 mm的皮膚膨脹），所以它可能會因身體運動而被掩蓋。話雖如此，在日常情況下，無需通過每次心跳來測量血壓。事實上，健康專家建議休息5分鐘后，保持坐姿再測量血壓。對此，我們可以利用運動傳感器來告訴我們用戶是否處于靜坐狀態（以及靜待了多長時間），以捕獲有臨床意義的血壓測量值。

Q：請您談談具體如何利用毫米波雷達技術來測量血壓？為什么要使用60 GHz？

A：60 GHz的高頻率消除了我們在自己開發的系統中觀察到的噪聲。該頻率信號具有更小的波長，因此非常適合測量由動脈脈沖所引起的皮膚表面的微小擾動。另外，其小巧的尺寸（5mm x 6mm）很適合可穿戴設備。今年早些時候，我們在IEEE上發表了一篇論文，詳細介紹了如何利用60 GHz雷達進行動脈脈搏檢測，并與血壓計的信號進行了比較。

Q：你們采用了英飛凌XENSIV雷達芯片，這款芯片可以直接利用嗎？你們是否還需要進一步開發？

A：英飛凌的XENSIV雷達芯片已發布并上市。谷歌（Google）也在其Pixel手機中將XENSIV雷達芯片用于手勢感測。不過，僅利用雷達芯片還不足以進行健康感測。我們正在最后完善將雷達信號轉換成動脈壓波形，并隨后進行血壓計算的算法。

英飛凌XENSIV雷達芯片

Q：您能否具體談談正在開發的算法，是否利用了機器學習？

A：我們正在開發2套算法：

1、毫米波雷達→動脈壓波形。該算法從XENSIV雷達芯片獲取雷達信號，并生成可用于評估心血管指標的高保真動脈壓波形。我們使用信號處理技術來執行此轉換。

2、動脈壓波形→血壓。該算法接收雷達傳感器生成的動脈壓波形，并將其轉換為血壓值（收縮壓、舒張壓和平均血壓）。

我們利用機器學習來幫助我們完善算法，但是算法本身基于信號處理技術。機器學習可以幫助我們快速篩選雷達信號中的數百個特征，并找出與血壓最相關的特征。沒有它，這些過程可能需要數年才能完成。

Q：你們的目標產品有哪些？

A：我們的愿景是成為未來健康可穿戴設備的賦能者。因此，我們一開始就決定要開發可服務于廣泛設備制造商的傳感器，就像應美盛（InvenSense）開發的三軸加速度計和陀螺儀一樣，這些傳感器現在已經可以在每款智能手機和可穿戴設備中看到。

為了實現這一愿景，我們的首要任務是提供一種普適性的傳感器，可供醫療設備制造商用來打造自己的健康可穿戴設備。我們的傳感器可以輸出高保真的動脈壓波形，從而可以開發不同類型的健康感測算法。我們身邊就有這樣一個用例，CardieX是一家擁有26年歷史的全球健康技術公司，也是Blumio的投資方之一。該公司專注于高血壓和心血管疾病，最近，他們將其中心血壓算法移植到了我們的傳感器上使用。專家認為，中心血壓比外周血壓更準確更有用。我們的傳感器將使這些數據指標在臨床環境之外唾手可得。

我們的長期愿景是動態血壓監測的臨床應用，我們的傳感器將內置到醫生指定的診療服務中?？赡芑加懈哐獕旱幕颊?，會被要求24小時動態監測血壓，以捕獲其血壓波動。目前的現有監測設備需要依靠充氣袖帶，這種充氣袖帶會干擾人們的日?；顒?。袖帶的頻繁擠壓會引起疼痛，經常會引起瘀傷，并影響患者的睡眠。近一半的美國成年人患有不同水平的高血壓，我們的創新技術有望為人們的生活帶來積極影響。

Q：可否介紹一下你們最新的產品發布計劃？

A：我們的目標是在2021年推出并上市發售我們的血壓傳感器。在此之前，我們將為聯合開發合作伙伴提供毫米波雷達開發板、計算單元和用于動脈波形記錄及分析的代碼開發套件。我們還將與英飛凌合作提供參考設計，以及有關如何將英飛凌XENSIV雷達芯片集成到電路板上的指引和技巧。我們希望可以在2022年看到基于我們傳感器的可穿戴血壓監測儀問世。

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