研究背景

用于心血管疾病诊断的脉搏触诊是中国古代传统医学的一个组成部分，它在2000多年前就已形成。现在正在开发便携式可穿戴连续医疗监测系统，特别是可穿戴动脉脉搏监测，以量化生命体征并取代脉搏触诊的作用。在过去的半个世纪里，利用动脉脉搏波速 度和脉搏过境时间的可穿戴连续血压监测已被广泛研究。使用压电晶体传声器的动脉脉搏波监测在1941年首次采用。此后，由于压电传感器本身具有良好的动态响应特性和高保真度，使用压电传感器引起了广泛关注。然而，由于时间同步误差和位于至少两个压电传感器的监测中的传感器距离误差，基于此的血压评估具有内在的限制。所报道的动脉脉冲压电反应在不同的研究中基本不一致。因此，使用这种技术监测血压是有争议的。为了开发准确的可穿戴式连续血压监测，阐明动脉脉冲压电反应具有重要意义。

研究成果

压电动脉脉搏波的动力学传统上被认为与典型的血压波相似。然而，实现基于动脉脉搏波的精确的连续血压波监测仍然具有挑战性，因为压电脉搏波和其相关的血压波之间的相关性还不清楚。为了解决这个问题，上海交通大学张文明教授、杨斌研究员等人首先通过对这些动态的理论、模拟和实验分析来阐明压电脉搏波和血压波之间的相关性。基于这种相关性，作者开发了一个无线可穿戴式连续血压监测系统，与基于多个传感器之间的脉搏波速度的传统系统相比，它具有更好的便携性。他们探索了使用单个压电传感器实现无运动伪影的可穿戴式连续血压监测的可行性。这些发现消除了对动脉脉搏波压电反应的争议，并有可能用于开发便携式可穿戴连续血压监测设备，用于高血压的早期预防和日常控制。相关研究以“Piezoelectric Dynamics of Arterial Pulse for Wearable Continuous Blood Pressure Monitoring”为题发表在Advanced Materials期刊上。

研究亮点

1. 研究了血压波和压电动脉脉搏波在压电功能层的纳米级到宏观级厚度上的关系。2. 证明了可以用一个压电动脉脉搏传感器来监测血压。通过对动脉脉搏压电反应的深入了解，这些发现将促进便携式、可穿戴、连续血压监测技术的发展。

图文导读

Figure 1. Arterial-pulse piezoelectric response.

Figure 2. Arterial-pulse piezoelectric sensor performance.

Figure 3. Blood pressure evaluation using the piezoelectric arterial-pulse wave.

Figure 4. Verification of the correlation between the waveforms of blood pressure and the arterial pulse piezoelectric response.

Figure 5. Arterial blood pressure obtained by determining the time difference between two arterial pulse sensors.

Figure 6. Wireless blood pressure monitoring system.

总结展望

了解动脉脉冲的压电动态在物理学中具有根本意义。强有力的动态反应，以及对轻微皮肤干扰的高保真反应，是利用压电监测获得健康信息所必需的。一个明确的动脉脉冲压电反应对于使用压电传感器进行连续的血压监测至关重要。该研究结果阐明了动脉脉冲压电反应，揭示了压电反应与血压之间的三种关联：通过整合，通过过渡校正，以及通过直接关联。作者证明，使用动脉脉冲压电反应，有可能消除由于所获得的原始动脉脉搏波的姿势特异性而产生的运动伪影，使这种方法适用于可穿戴式连续血压监测。此外，这些发现表明，这只需使用一个单压电传感器的无线监测系统就能实现，与需要多个传感器来确定脉搏波速度的系统相比，具有更大的便携性。这种方法对开发用于高血压初级预防和日常控制的可穿戴式连续血压监测很有希望。

文献链接

Piezoelectric Dynamics of Arterial Pulse for Wearable Continuous Blood Pressure Monitoring, Adv. Mater. 2022, 2110291, DOI: 10.1002/adma.202110291

https://doi.org/10.1002/adma.202110291.