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张文明教授团队在人体动脉脉搏压电动力学方面取得新突破
发布时间:2022-03-21

近日,我院张文明教授和电子信息与电气工程学院杨斌教授合作团队,在Advanced Materials发表研究成果,从人体血液动力学和柔性压电动力学基础出发,提出了人体动脉脉搏压电动力学分析新方法,揭示了压电脉搏波与人体血压波之间完善的映射关联关系,突破了柔性MEMS压电传感在连续血压监测方面关键技术瓶颈,为穿戴式血压监测领域的发展提供了新的途径。论文第一作者是博士后易志然,通讯作者是张文明教授和杨斌教授。

 

常见医用血压监测方法

 

穿戴式血压连续监测技术因其监测过程的便携性而得到广泛研究,为解决传统血压测量的问题提供了重要的发展途径。目前报道的穿戴式压电脉搏传感技术在监测到的脉搏波方面表现出很大的差异性,一部分研究认为压电脉搏波与动脉血压波存在积分关联的波动特性,而另一部分研究则呈现出压电脉搏波与血压波一致的波动特性。这种尚未厘清的关联关系不仅影响传统穿戴血压监测方法中脉搏波特征点选取的合理性,也影响基于脉搏波直接评估动脉血压波动特征的可靠性。因此,实现穿戴式血压连续监测仍是一个重大的挑战,阐明动脉脉搏压电响应的动力学特征,对于穿戴式脉搏传感技术和连续血压监测系统的发展是非常必要的,也具有重要应用价值和现实意义。

 

动脉脉搏压电响应特性

 

研究以压电动力学和血液动力学为基础,建立了动脉脉搏的压电传感器动态响应分析理论模型,揭示了压电脉搏波和动脉血压波之间的映射关联关系。为了阐明血压波和压电动脉脉搏波之间的关系,研究采用了压电厚膜传感器去获取人体脉搏波信号,基于屈曲压电本构方程和血液动力学特性,提出了基于血压脉动特性的压电脉搏波响应分析方法,揭示了压电脉搏波与动脉血压波之间的三种相关性:积分相关、直接相关和二者之间的过渡相关。

 

同时,为了探究人体运动对脉搏监测的影响,研究人员分别提取了肘部桡动脉和掌指动脉的不同时间长度脉搏波,获得了四种姿势的八组不同时间长度脉搏波。通过自定义的模式识别模型,实现了八组脉搏波的姿势特异性评估,整体动脉脉搏波识别准确率为96.5%,预测准确率随着样本数量的增加而增加,结果表明脉搏波具有姿势敏感特性,且特异性强,为消除穿戴血压监测中的运动伪影奠定了基础。综上,脉搏压电动力学方法厘清了压电脉搏波和动脉血压波之间的映射关联关系,为穿戴式血压连续监测提供了关键技术支撑。

 

研究得到了国家自然科学基金重点项目、面上项目和青年项目,上海市“科技创新行动计划”和中国博士后科学基金的资助。

 

论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202110291

供稿:振动、冲击、噪声研究所    
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