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

近日，上海交大機(jī)械與動力工程學(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，在Advanced Materials發(fā)表研究成果，從人體血液動力學(xué)和柔性壓電動力學(xué)基礎(chǔ)出發(fā)，提出了人體動脈脈搏壓電動力學(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(rèn)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(diǎn)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(shí)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(xué)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(shí)意義。

究以壓電動力學(xué)和血液動力學(xué)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(xué)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(yùn)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(shí)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(zhǔn)確率為96.5%，預(yù)測準(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敏感特性，且特異性強(qiáng)，為消除穿戴血壓監(jiān)測中的運(yùn)動偽影奠定了基礎(chǔ)。綜上，脈搏壓電動力學(xué)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(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)新行動計劃”和中國博士后科學(xué)基金的資助。