基于手指光電容積脈搏波（PPG）測得脈搏波到達(dá)時(shí)間（PAT）來估算血壓（BP）是一種前景廣闊的無創(chuàng)血壓監(jiān)測方法。通過測量外周部位（例如手指）的血容量變化，PPG可檢測心室去極化后血壓波到達(dá)外周血管所需的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間被稱為脈搏波到達(dá)時(shí)間（PAT，如圖1(a)），由于PAT與血壓水平強(qiáng)相關(guān)，因此可以用作估算血壓。然而，目前尚缺乏系統(tǒng)研究來明確哪種測量模式（透射模式、反射模式）、哪種波長最適合手指PPG測量，以及哪個(gè)PPG基準(zhǔn)點(diǎn)最適合計(jì)算PAT。此外，從PAT中獲取血壓值需采用校準(zhǔn)模型。校準(zhǔn)模型可分為基于群體模型（需要大量受試者）和后驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢纱箢悾渲泻篁?yàn)?zāi)Ｐ椭饕兴姆N。
圖1 PAT以及PPG基準(zhǔn)點(diǎn)
據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，由意大利米蘭理工大學(xué)（Politecnico di Milano）等機(jī)構(gòu)組成的研究團(tuán)隊(duì)開展了基于手指PPG估算動(dòng)脈血壓的比較研究，旨在確認(rèn)極短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)基于手指PAT估算血壓的最佳設(shè)置和PPG預(yù)處理流程。為此，這項(xiàng)研究使用三種波長（兩種透射模式、一種反射模式）和四個(gè)PPG基準(zhǔn)點(diǎn)（如圖1(b)），比較了四種常用校準(zhǔn)模型的血壓估算的逐搏誤差。在此范圍內(nèi)，研究人員設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了一款可以比較各種PPG模式和后處理方法的PPG設(shè)備，并將其應(yīng)用于逐漸增加工作負(fù)荷的運(yùn)動(dòng)方案（以誘導(dǎo)血壓水平的短期變化）中來收集數(shù)據(jù)。這項(xiàng)研究以“Comparison of Methods to Estimate Arterial Blood Pressure From the Pulse Arrival Time by Finger Photoplethysmography”為題發(fā)表在IEEE Sensors Journal期刊上。
研究人員開發(fā)了一款專用PPG設(shè)備，該設(shè)備可靈活調(diào)整照明波長以及光電二極管（PD）與發(fā)光二極管（LED）的相對位置，并支持與其它儀器同步。該P(yáng)PG設(shè)備由搭載微控制器單元（MCU）的主板和設(shè)計(jì)用于手指佩戴的探頭組成（如圖2(a)和圖2(b)）。該探頭采用柔性技術(shù)制造，搭載三顆不同波長的LED（650 nm的紅光LED、525 nm的綠光LED和940 nm的紅外光LED）以及兩顆光電二極管，其中一顆光電二極管位于LED的同側(cè)（即反射模式PPG），另一顆光電二極管位于手指的另一側(cè)（即透射模式PPG）。
圖2 多波長多傳感器PPG設(shè)備的設(shè)置
為了探究PPG基準(zhǔn)點(diǎn)、波長以及PAT校準(zhǔn)模型對短期血壓估算的影響，研究人員利用上述設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究人員招募了10名健康、血壓正常的受試者（5名男性、5名女性）。每位受試者均在胸部貼附心電圖（ECG）電極，在左手食指佩戴多波長多傳感器PPG設(shè)備，并在同只手中指佩戴Finometer袖帶設(shè)備來進(jìn)行測量。
綜上所述，這項(xiàng)研究旨在探討PPG基準(zhǔn)點(diǎn)、波長和PAT校準(zhǔn)模型對短期血壓估算的影響。研究人員開發(fā)了一款多波長多傳感器PPG設(shè)備，用于在10名受試者的運(yùn)動(dòng)方案中測量PAT的逐搏變化。這項(xiàng)研究比較了四種校準(zhǔn)模型（雙系數(shù)反比模型、平方反比模型、對數(shù)模型、三系數(shù)反比模型）、四個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)（波起始點(diǎn)、峰值點(diǎn)、最大導(dǎo)數(shù)點(diǎn)、切線交點(diǎn)）以及三種波長（紅光、綠光、紅外光），以估算5分鐘時(shí)段和單搏的血壓值。將手指收縮壓和舒張壓作為參考。結(jié)果顯示，收縮壓的估算誤差高于舒張壓。通過將紅光或紅外光與反比校準(zhǔn)模型或平方反比校準(zhǔn)模型相結(jié)合，5分鐘平均收縮壓的中值絕對誤差（MAE）達(dá)到可接受水平（< 5 mmHg）。單搏估算血壓的MAE雖然較高，但通過紅光或紅外光、最大導(dǎo)數(shù)基準(zhǔn)點(diǎn)或切線交點(diǎn)基準(zhǔn)點(diǎn)以及雙系數(shù)校準(zhǔn)相結(jié)合，仍可實(shí)現(xiàn)MAE < 8 mmHg。因此，通過合理結(jié)合校正模型、波長和基準(zhǔn)點(diǎn)，手指PAT估算短期血壓具有可行性。這項(xiàng)研究確定了通過PPG從手指PAT估算血壓的最佳參數(shù)，為開發(fā)臨床環(huán)境和普通人群中準(zhǔn)確、連續(xù)血壓監(jiān)測的無創(chuàng)設(shè)備做出貢獻(xiàn)。
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https://doi.org/10.1109/JSEN.2024.3486565
