上海交大張文明教授團隊在人體動(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)院楊斌教授合作團隊，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壓電傳感在連續血壓監測方面關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，為穿戴式血壓監測領(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(jiàn)醫用血壓監測方法

穿戴式血壓連續監測技術(shù)因其監測過(guò)程的便攜性而得到廣泛研究，為解決傳統血壓測量的問(wèn)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)在監測到的脈搏波方面表現出很大的差異性，一部分研究認為壓電脈搏波與動(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)系不僅影響傳統穿戴血壓監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(dòng)脈血壓波動(dòng)特征的可靠性。因此，實(shí)現穿戴式血壓連續監測仍是一個(gè)重大的挑戰，闡明動(dòng)脈脈搏壓電響應的動(dòng)力學(xué)特征，對于穿戴式脈搏傳感技術(shù)和連續血壓監測系統的發(fā)展是非常必要的，也具有重要應用價(jià)值和現實(shí)意義。

究以壓電動(dòng)力學(xué)和血液動(dòng)力學(xué)為基礎，建立了動(dòng)脈脈搏的壓電傳感器動(dòng)態(tài)響應分析理論模型，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，基于屈曲壓電本構方程和血液動(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)，為了探究人體運動(dòng)對脈搏監測的影響，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(cháng)度脈搏波，獲得了四種姿勢的八組不同時(shí)間長(cháng)度脈搏波。通過(guò)自定義的模式識別模型，實(shí)現了八組脈搏波的姿勢特異性評估，整體動(dòng)脈脈搏波識別準確率為96.5%，預測準確率隨著(zhù)樣本數量的增加而增加，結果表明脈搏波具有姿勢敏感特性，且特異性強，為消除穿戴血壓監測中的運動(dòng)偽影奠定了基礎。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，為穿戴式血壓連續監測提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

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