可穿戴連續血壓監測測量原理分析

高血壓是一種大幅提高心血管患病風險的嚴重慢性疾病，是全球過早死亡的重要原因之一。數據顯示，全球30-79歲的高血壓患者人數已達12.8億，其中約有一半的患者并不知道自己患有高血壓。

因此，及時檢測血壓并預防心血管疾病，對人類健康具有重要意義。并且，迫切需要一種能夠在日常家庭護理中進行連續血壓監測的可穿戴設備，這類產品的市場需求巨大。

血壓是循環血液對血管壁產生的壓力。人們對血壓測量的認知大都還停留在傳統的方法，即通過手動聽診或示波技術（在醫療環境或家中）獲取血壓讀數。

這種血壓測量對于廣泛的人群基礎具有巨大價值，但對個體的血壓評估容易受到各種因素的影響，例如檢測人員的技術、“白大褂”效應（即在醫療環境中血壓評估的的短暫變異性）以及血壓本身的可變性等。

因此，為了改進血壓測量，業界開發了動態血壓監測方法?，F有的動態血壓監測儀使用了示波技術。這些體積較大的監測器通常佩戴在皮帶上或口袋中，通過塑料管連接上臂的袖帶。監測器每一刻鐘或半小時讀取一次讀數。動態血壓監測可以評估真實或平均血壓、血壓的晝夜節律和血壓變異性。然而，它并不能提供連續的血壓測量。沒有連續血壓監測，就無法獲取日常身心活動的動態血壓響應。

因此，連續血壓監測吸引了廣泛的關注，并獲得了深入研究。目前，容積鉗制和眼壓測量是連續血壓監測的兩種常規技術。然而，它們需要持續對皮膚施加壓力，長期使用可能會引起不適。例如，容積鉗制需要將設備一直佩戴在手指上，造成不便。此外，眼壓測量對運動偽影較敏感，需要頻繁校準。

為了解決現有連續血壓監測方法存在的問題，已有研究提出了一些解決方法，包括脈搏傳導時間（PTT）、脈搏到達時間（PAT）、脈搏波速度（PWV）、脈搏波分析（PWA）、面部視頻法和超聲波法等。PWV方法是指心臟每次搏動射血產生的沿大動脈壁傳播的壓力波傳導速度，是動脈壁擴張、回縮產生脈搏由近心端向遠心端傳導的速度?，PWV?=?L/PTT，其中L是近端和遠端之間的距離。當血壓升高時，血管張力增加，動脈壁變硬，導致PTT縮短。相反，當血壓下降時，血管張力降低，動脈壁變得不那么僵硬，PTT增加。

通過校準程序，可以使用適當的模型將測量的PTT轉換為動脈壓。近端波形可以通過光體積描記術（PPG）、壓力傳感器、心電圖（ICG）、沖擊心電圖（BCG）、地震心電圖（SCG）等來測量。當使用心電圖（ECG）來獲得近端波形的替代時，該方法被稱為PAT。PWA包括從動脈波形中提取特征，并通過校準模型將其映射到血壓單元。PWA比PTT方法更方便，只需要單個傳感器，并且它可以與PTT結合以提高其準確性。

得益于機器學習（ML）的普及，PWA方法越來越受到關注。然而，PTT、PAT、PWV和PWA是數據驅動的方法，在不同個體之間的通用性較差，需要頻繁對特定受試者進行校準。面部視頻方法利用面部視頻來提取動脈波形特征，并使用PWA或PTT來估算血壓。超聲波方法記錄的是脈動血管的直徑，但需要用袖帶血壓計進行校準。

上述現有的連續血壓監測方法都存在普遍的瓶頸問題，即不同個體、不同佩戴方式之間的通用性較差。血壓測量通常需要在受試者特定校準后進行評估。鮮有可穿戴方法能夠在一般人群新受試者進行連續血壓監測中達到AAMI標準（平均誤差ME?

據麥姆斯咨詢介紹，清華大學精密儀器系朱榮教授課題組提出了一種新的血壓測量方法，并開發了一種由雙PPG傳感器和定制接口傳感器組成的雙邊測量智能手表。這款可穿戴設備能夠實現無創連續血壓監測，在新受試者和不同佩戴條件下具有良好的通用性，無需依賴受試者的特定校準。該可穿戴設備利用佩戴在手腕正反兩側的雙PPG傳感器來檢測心輸出量和脈搏波形特征，并利用接口傳感器來檢測佩戴壓力和皮膚溫度。

然后利用機器學習算法對檢測獲得的多通道信號進行融合，以實時評估佩戴者的連續血壓。手腕上的雙PPG傳感器可以消除因不同人或不同佩戴條件引起的PPG信號的個體差異，從而增強血壓測量的個體通用性。同時檢測到的接觸壓力和皮膚溫度，可以進一步增強血壓測量的普適性。

本研究所提出的可穿戴設備及其測量原理

特征提取和數據融合

與其它方法相比，該方法具有更好的測量精度和良好的通用性。得益于簡單的手表設計和低計算負載，這種可穿戴設備為連續血壓監測提供了可行的解決方案，大大提高了患者病情惡化的早期發現潛力。

未來，研究人員計劃從以下幾個方面進一步改進這款可穿戴設備：在傳感器系統方面，將進一步優化其結構設計，以提高與皮膚的貼合性，消除PPG傳感器的環境干擾；在算法性能方面，將進一步研究優化提取特征的數據融合算法，以提高DBP的評估精度；此外，還將考量人體運動和出汗等特定應用場景。

編輯：黃飛