上海交大張文明教授團隊在人體動脈脈搏壓電動力學方面取得新突破

近日，上海交大機械與動力工程學院張文明教授和電子信息與電氣工程學院楊斌教授合作團隊，在Advanced Materials發(fā)表研究成果，從人體血液動力學和柔性壓電動力學基礎(chǔ)出發(fā)，提出了人體動脈脈搏壓電動力學分析新方法，揭示了壓電脈搏波與人體血壓波之間完善的映射關(guān)聯(lián)關(guān)系，突破了柔性MEMS壓電傳感在連續(xù)血壓監(jiān)測方面關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，為穿戴式血壓監(jiān)測領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的途徑。論文第一作者是博士后易志然，通訊作者是張文明教授和楊斌教授。

常見醫(yī)用血壓監(jiān)測方法

穿戴式血壓連續(xù)監(jiān)測技術(shù)因其監(jiān)測過程的便攜性而得到廣泛研究，為解決傳統(tǒng)血壓測量的問題提供了重要的發(fā)展途徑。目前報道的穿戴式壓電脈搏傳感技術(shù)在監(jiān)測到的脈搏波方面表現(xiàn)出很大的差異性，一部分研究認為壓電脈搏波與動脈血壓波存在積分關(guān)聯(lián)的波動特性，而另一部分研究則呈現(xiàn)出壓電脈搏波與血壓波一致的波動特性。這種尚未厘清的關(guān)聯(lián)關(guān)系不僅影響傳統(tǒng)穿戴血壓監(jiān)測方法中脈搏波特征點選取的合理性，也影響基于脈搏波直接評估動脈血壓波動特征的可靠性。因此，實現(xiàn)穿戴式血壓連續(xù)監(jiān)測仍是一個重大的挑戰(zhàn)，闡明動脈脈搏壓電響應(yīng)的動力學特征，對于穿戴式脈搏傳感技術(shù)和連續(xù)血壓監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展是非常必要的，也具有重要應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義。

究以壓電動力學和血液動力學為基礎(chǔ)，建立了動脈脈搏的壓電傳感器動態(tài)響應(yīng)分析理論模型，揭示了壓電脈搏波和動脈血壓波之間的映射關(guān)聯(lián)關(guān)系。為了闡明血壓波和壓電動脈脈搏波之間的關(guān)系，研究采用了壓電厚膜傳感器去獲取人體脈搏波信號，基于屈曲壓電本構(gòu)方程和血液動力學特性，提出了基于血壓脈動特性的壓電脈搏波響應(yīng)分析方法，揭示了壓電脈搏波與動脈血壓波之間的三種相關(guān)性：積分相關(guān)、直接相關(guān)和二者之間的過渡相關(guān)。

同時，為了探究人體運動對脈搏監(jiān)測的影響，研究人員分別提取了肘部橈動脈和掌指動脈的不同時間長度脈搏波，獲得了四種姿勢的八組不同時間長度脈搏波。通過自定義的模式識別模型，實現(xiàn)了八組脈搏波的姿勢特異性評估，整體動脈脈搏波識別準確率為96.5%，預(yù)測準確率隨著樣本數(shù)量的增加而增加，結(jié)果表明脈搏波具有姿勢敏感特性，且特異性強，為消除穿戴血壓監(jiān)測中的運動偽影奠定了基礎(chǔ)。綜上，脈搏壓電動力學方法厘清了壓電脈搏波和動脈血壓波之間的映射關(guān)聯(lián)關(guān)系，為穿戴式血壓連續(xù)監(jiān)測提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

研究得到了國家自然科學基金重點項目、面上項目和青年項目，上海市“科技創(chuàng)新行動計劃”和中國博士后科學基金的資助。