上海交大張文明教授團(tuán)隊(duì)在人體動(dòng)脈脈搏壓電動(dòng)力學(xué)方面取得新突破

近日，上海交大機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院張文明教授和電子信息與電氣工程學(xué)院楊斌教授合作團(tuán)隊(duì)，在Advanced Materials發(fā)表研究成果，從人體血液動(dòng)力學(xué)和柔性壓電動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)出發(fā)，提出了人體動(dòng)脈脈搏壓電動(dòng)力學(xué)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(cè)方面關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，為穿戴式血壓監(jiān)測(cè)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(jiàn)醫(yī)用血壓監(jiān)測(cè)方法

穿戴式血壓連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)因其監(jiān)測(cè)過(guò)程的便攜性而得到廣泛研究，為解決傳統(tǒng)血壓測(cè)量的問(wèn)題提供了重要的發(fā)展途徑。目前報(bào)道的穿戴式壓電脈搏傳感技術(shù)在監(jiān)測(cè)到的脈搏波方面表現(xiàn)出很大的差異性，一部分研究認(rèn)為壓電脈搏波與動(dòng)脈血壓波存在積分關(guān)聯(lián)的波動(dòng)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(dòng)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(cè)方法中脈搏波特征點(diǎn)選取的合理性，也影響基于脈搏波直接評(píng)估動(dòng)脈血壓波動(dòng)特征的可靠性。因此，實(shí)現(xiàn)穿戴式血壓連續(xù)監(jiān)測(cè)仍是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)，闡明動(dòng)脈脈搏壓電響應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征，對(duì)于穿戴式脈搏傳感技術(shù)和連續(xù)血壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展是非常必要的，也具有重要應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

究以壓電動(dòng)力學(xué)和血液動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，建立了動(dòng)脈脈搏的壓電傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析理論模型，揭示了壓電脈搏波和動(dòng)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(dòng)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(hào)，基于屈曲壓電本構(gòu)方程和血液動(dòng)力學(xué)特性，提出了基于血壓脈動(dòng)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(dòng)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(guò)渡相關(guān)。

同時(shí)，為了探究人體運(yùn)動(dòng)對(duì)脈搏監(jiān)測(cè)的影響，研究人員分別提取了肘部橈動(dòng)脈和掌指動(dòng)脈的不同時(shí)間長(zhǎng)度脈搏波，獲得了四種姿勢(shì)的八組不同時(shí)間長(zhǎng)度脈搏波。通過(guò)自定義的模式識(shí)別模型，實(shí)現(xiàn)了八組脈搏波的姿勢(shì)特異性評(píng)估，整體動(dòng)脈脈搏波識(shí)別準(zhǔn)確率為96.5%，預(yù)測(cè)準(zhǔn)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(shì)敏感特性，且特異性強(qiáng)，為消除穿戴血壓監(jiān)測(cè)中的運(yùn)動(dòng)偽影奠定了基礎(chǔ)。綜上，脈搏壓電動(dòng)力學(xué)方法厘清了壓電脈搏波和動(dòng)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(cè)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目和青年項(xiàng)目，上海市“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃"和中國(guó)博士后科學(xué)基金的資助。