概述：可穿戴连续动脉血压监测系统
在临床环境之外，连续监测动脉血压（BP）对于预防和诊断高血压相关疾病至关重要。然而，现有的连续血压监测设备要么系统庞大笨重，要么用户界面性能差，严重阻碍了其在日常生活中的广泛应用。
近期，香港城市大学于欣格教授和解放军总医院马晓辉副主任医师团队报道了一种轻薄、柔性的小型化系统（称为TSMS）。该系统结合了保形压电传感器阵列、主动压力自适应单元、信号处理模块和先进的机器学习方法，实现了真正的可穿戴、连续无线血压监测。通过优化材料选择、控制/采样策略和系统集成，TSMS在保持A级测量精度的同时，显著提升了界面性能。对87名志愿者的初步试验和对两名高血压患者的临床跟踪，证明了TSMS作为可靠血压测量产品的潜力，以及在精确控制血压和制定个性化诊断方案方面的可行性和实用性。该研究以“Thin, soft, wearable system for continuous wireless monitoring of artery blood pressure”为题发表在Nature Communications期刊上。
系统组成与工作原理
1. 三大子系统
TSMS由三个核心子系统构成：
- 传感模块：用于检测血液脉搏波，采用压电材料PZT 5H，具有优异的均匀性、鲁棒性和灵敏度。
- 主动压力自适应模块：通过内置微型安全气囊和微型泵，为压电传感器阵列提供强大的背压和闭环反馈，有效检测血液传播产生的动脉变形。
- 数据处理模块：用于原位提取脉冲传输时间间隔，并将测量数据传输到图形用户界面（GUI）。
2. 整体设计
整个系统重量仅50克，厚度薄至4毫米，封装在硅胶中作为腕带使用，为用户提供舒适的佩戴体验。PZT 5H高度的化学/物理稳定性保证了传感器阵列的长期可靠性，而其高压电耦合系数则确保了出色的信号灵敏度。
图1 可穿戴无线连续血压监测系统及其工作原理
3. 信号处理与血压估计
测量的血液脉搏波形以及两个感测单元之间的时间差，会与多个提取的特征、局部脉搏波速度（PWV）一起进行预处理，共同作为血压估计模型的输入。通过机器学习算法，系统能够实时计算出动态血压值。
核心优势与创新点
与其他无堵塞血压监测设备相比，TSMS在以下几个方面取得了突破性进展：
- 系统集成水平：将传感、压力自适应、数据处理三大模块整合于轻薄柔性腕带中。
- 界面性能：主动压力自适应单元确保了传感器与皮肤之间的稳定、紧密贴合，消除了运动伪影。
- 血压估计模型：基于机器学习的方法显著提高了动态血压的估算精度。
- 可穿戴性、连续性、动态性：真正实现日常连续监测，且不影响用户活动。
- 测量精度（A级）：达到国际公认的A级精度标准，适用于临床参考。
实验验证与临床跟踪
1. 基础研究验证
通过实验台研究、结构设计和理论模拟，团队验证了TSMS的可行性和实用性。对87名志愿者的初步试验显示：
- 系统在各种姿势（坐、站、躺）下均能稳定测量。
- 测量结果与标准袖带式血压计高度一致。
2. 高血压患者动态追踪
对高血压个体和临界高血压个体的动态血压跟踪，成功揭示了一天和一周内的血压变化规律（图2）。这一能力对于评估降压药物疗效、识别血压波动模式以及制定个性化治疗方案具有重要价值。
图2 个体动态血压追踪（24小时及一周趋势）
常见问题（FAQ）
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TSMS与传统袖带式血压计相比有什么优势？
传统袖带式血压计只能间歇测量，且佩戴不适。TSMS可连续（逐搏）监测，重量仅50克、厚度4毫米，像手表一样佩戴，不影响日常活动，同时精度达到A级。
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TSMS的测量精度如何保证？
通过三个方面保证：① 高灵敏度PZT 5H压电传感器阵列；② 主动压力自适应单元提供稳定背压，避免信号失真；③ 基于脉搏波传输时间（PTT）和脉搏波速度（PWV）的机器学习模型，动态校准血压值。
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系统如何应对运动干扰？
内置主动压力自适应单元通过微型气囊实时调节传感器与皮肤间的接触压力，形成闭环反馈，即使在轻微运动时也能保持信号稳定。
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TSMS适合哪些人群使用？
适用于需要长期血压监测的人群，包括高血压患者、临界高血压人群、妊娠期高血压患者、老年人以及需要动态监测血压变化的研究对象。
小提示
- 初次佩戴时，请确保腕带贴合皮肤但不过紧，系统会自动调整主动压力单元至最佳状态。
- 连续监测数据通过蓝牙传输至手机或电脑的图形用户界面（GUI），建议在首次使用前完成设备配对。
- 如果发现测量值异常波动，请检查传感器区域是否有污渍或汗水，清洁后可恢复正常。
- 系统支持长时间佩戴（建议不超过24小时），但为保证皮肤透气，建议每8小时摘下腕带休息5分钟。
总结
TSMS通过集成保形压电传感器阵列、主动压力自适应单元和机器学习算法，成功实现了轻薄柔性、连续无线、高精度的动脉血压监测。其在87名志愿者和2名高血压患者中的验证结果，为下一代可穿戴血压监测设备提供了可靠的技术路径，有望推动高血压预防、诊断和个性化治疗进入新阶段。