博文
可穿戴无袖带血压监测可预防筛查高血压和心血管疾病
精选
|
心血管疾病是全球范围内导致死亡的首要因素。高血压作为心血管疾病的诱发因素之一，是目前全球心血管疾病高发的重要原因。积极预防高血压可大大降低患心血管疾病的风险。定期血压测量使个人能够评估自己的血压健康状况，尽早发现高血压，从而预防心血管疾病和相关并发症，对保持个人的整体健康至关重要。
目前，临床上通常由医疗从业者使用袖带血压计进行血压测量。测量过程中袖带的充气和放气可能会导致患者不适。此外，基于袖带的血压测量仅限于在静态条件下提供间歇性测量，无法监测和记录血压的实时动态变化。因此，可穿戴无袖带血压监测设备有助于持续和舒适的血压监测，在预防和筛查高血压和心血管疾病方面发挥着至关重要的作用。
柔性电子设备的进步增强了健康监测设备的便携性、亲肤性和佩戴舒适度，促进了更高效的实时可穿戴监测，为可穿戴式无袖带血压监测设备的发展提供了新的动力。通常，可穿戴式无袖带血压监测将传感器、信号处理和算法集成到一个统一的系统中用于血压预测。柔性电极以及柔性机械、光学和超声波传感器为可穿戴无袖带血压监测传感器提供了多元的选择。同时，随着机器学习的不断发展，借助人工神经网络可以构建更准确的血压预测模型。纺织摩擦电传感器、柔性应变传感器阵列、石墨烯电子纹身与机器学习的结合，保证了可穿戴无袖血压监测在个性化医疗中的可用性，进一步提高了柔性电子在可穿戴无袖血压监测中的应用范围。
亮点Highlights:
1.从全过程的角度总结了可穿戴无袖带血压监测的理论基础、传感器和后端信号处理。
2.强调了柔性电子和机器学习的结合带来的新发展。
文章解读
本文从全过程的角度重点讨论了实现可穿戴式无袖带血压监测的各个方面。综述了理论基础、柔性电子促进的可穿戴传感器的最新进展以及可穿戴式无袖带血压监测的后端信号处理。（图1）
图1. 通过柔性传感器实现可穿戴无袖带血压监测的环节
可穿戴无袖带血压监测始于一种间接方法，该方法使用各种传感器来测量与血压相关的生理变量，然后根据它们与血压变化的相关性得出血压值。这些被测生理变量的信号与血压之间存在明显的相关性。关键是分析血压和特定生理变量之间的内在联系，建立它们之间的映射。（图2）
图2. 无袖带血压监测的预测模型
通常，用于可穿戴无袖带血压监测的柔性传感器根据监测原理分为柔性机械传感器、柔性光学传感器、柔性超声传感器和柔性电极。机械方法通常包括将压力或应变传感器直接放置在皮肤表面，以监测每个心动周期动脉直径和皮肤变形的变化。这些传感器主要由电极和环境敏感的电介质层组成。机械传感器采用各种传感机制来监测血压，包括电阻、电容、压电和摩擦电等。（图3）
图3. 用于可穿戴无袖带血压监测的柔性机械传感器
通过无袖带方法直接获取血压信息需要基于已知信息（例如PPG、ECG等）预测血压状态。利用机器学习处理存量数据和预测血压状态是当前常用的技术。（图4）
图4. 典型的深度学习架构
读后感:
在柔性传感器和系统层面，可穿戴无袖带血压监测的研究已经取得了重大突破。然而，在实现临床应用之前，还需要进一步的研究来克服其局限性。个体之间的变化，加上监测过程中用户姿势和状态的变化，增加了血压监测的复杂性。其次，大多数现有的预测模型缺乏普适性，并且在处理不平衡的数据集时容易受到估计偏差的影响。可穿戴式无袖带血压监测在为个性化医疗带来更全面、更及时的健康数据的同时，也面临着关于数据隐私和安全的挑战。总体而言，实现准确的可穿戴无袖带血压监测并推进其商业化和临床应用需要跨学科的协同发展，包括材料科学、电子、医学、力学和计算机科学等。
作者简介:
华江波，南京大学电子科学与工程学院2022级博士生，2022年本科毕业于华中科技大学，研究方向为柔性电子与生物医学电子器件。
施毅，南京大学电子科学与工程学院教授、博士生导师，教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年基金获得者、全国宝钢教育基金优秀教师特等奖获得者等。现任示范性微电子学院院长、电子信息专业国家级实验教学示范中心主任、信息电子国家级虚拟仿真实验中心主任等。长期从事微电子科学与技术领域等科研与教学工作。主持和承担了二十多项国家自然科学基金、“973”和“863”等研究课题，包括作为首席科学家连续主持3期的“纳米科技”领域国家重大科学研究计划/重点研发计划项目。发表和合作发表SCI学术论文600余篇(包括Nature正刊3篇、N/S子刊28篇、IEEE期刊 41篇），获授权国家发明专利63件。相关研究成果荣获国家自然科学二等奖2项，江苏省科技进步奖一等奖2项及其他国家/部省级科技进步奖4项；荣获国家教学成果二等奖1项，江苏省教学成果一等奖2项。
潘力佳，南京大学电子科学与工程学院国家微结构协同创新中心教授、博士生导师。IEEE senior member；2010年入选教育部新世纪优秀人才；2018年获得国家杰出青年科学基金资助；作为主要完成人之一，研究结果作为主要成果内容的“若干低维半导体表界面调控及器件基础研究”获2017年度国家自然科学二等奖、“半导体纳米结构调控、集成及器件应用基础”获2016年度江苏省科学技术奖一等奖。2011-2012年、2017年5-8月，斯坦福大学，访问学者；致力于聚合物电子材料和器件、电子皮肤器件及仿生感知器件领域的研究。在包括Nature Comm.、PNAS、Adv. Mater.、Nano Lett.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Energy & Environ. Sci.、Acc. Chem. Res.、IEEE EDL等期刊发表SCI论文160余篇，SCI他引过1万2千次，H因子47，ESI高被引论文14篇。应邀为科学出版社、Wiley、Elsivier、World Scientific Publication等出版社中英文专著撰写书籍6章节。担任IEEE Journal on Flexible Electronics、Scientific Reports、《半导体学报》等学术期刊编委。
基金支持:
本研究得到了国家重点研发计划（2021YFA1401103）、国家杰出青年科学基金（61825403）和国家自然科学基金（61921005和61674078）的资助。
【文献链接】
J. Hua, M. Su, J. Wu, Y. Zhou, Y. Guo, Y. Shi, L. Pan, Wearable cuffless blood pressure monitoring: From flexible electronics to machine learning, Wearable Electronics 1 (2024) 78-90.
期刊简介：
Wearable Electronics是一本全方位关注可穿戴电子领域发展的开放获取型学术期刊，期刊刊发文章涵盖可穿戴电子的基础研究和技术应用两个方面，内容涉猎广泛，刊发文章包括但不限于：与可穿戴电子相关的材料（基底材料、金属互联材料、活性层材料、封装材料等）、功能器件（传感与探测器件、通讯器件、存储器件、显示与发光器件、能量转换与存储器件、数据采集与集成电路等）以及与之相关的先进制造技术及理论研究（建模、仿真、制造、集成、封装以及与可穿戴电子产品相关的应用技术等），致力于应对可穿戴电子领域及其核心技术出现的各类全新挑战。
期刊主编由中国科学院化学研究所董焕丽研究员和清华大学冯雪教授共同担任。
Wearable Electronics欢迎相关领域的学者积极投稿，所有文章都会经过严格的同行评审，一经采录将发表在月活用户超过1700多万的ScienceDirect平台，供领域内的学者、及全球读者免费阅读、下载及引用。
目前，期刊已被数据库CAS收录。
推荐阅读
https://blog.sciencenet.cn/blog-3496796-1446472.html
上一篇：Wearable Electronics┃青年编委招募计划启动！
