心血管疾病（CVD）對公共健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，其死亡率和致殘率令人擔(dān)憂。它不僅會引發(fā)急性心肌梗死和急性心力衰竭等急性事件，還會導(dǎo)致中風(fēng)等慢性疾病，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，帶來沉重的健康負(fù)擔(dān)。此外，心血管疾病經(jīng)常與其它健康問題交織在一起，形成惡性循環(huán)，加劇健康狀況的惡化。
超聲心動圖和冠狀動脈CT血管造影等現(xiàn)有醫(yī)療設(shè)備，存在點(diǎn)檢測的局限性，無法進(jìn)行全面評估。它們只能進(jìn)行局部檢測，無法動態(tài)跟蹤全身血管變化。此外，傳統(tǒng)醫(yī)療設(shè)備在監(jiān)測突發(fā)狀況方面存在不足。相比之下，可穿戴設(shè)備通過持續(xù)動態(tài)監(jiān)測、多模態(tài)數(shù)據(jù)整合和實(shí)時報(bào)警功能，顯著改善了心血管健康的早期篩查和全天候管理。通過持續(xù)監(jiān)測關(guān)鍵生理參數(shù)，可穿戴傳感器展現(xiàn)出能夠及時識別心血管系統(tǒng)異常的能力。這種早期檢測為患者提供了關(guān)鍵的治療窗口，從而有效減緩病情的進(jìn)展，顯著降低與心血管事件相關(guān)的發(fā)病率和死亡率。多種可穿戴傳感器的應(yīng)用有望實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的早期預(yù)警系統(tǒng)，甚至實(shí)現(xiàn)心血管相關(guān)疾病的閉環(huán)治療干預(yù)。
用于心血管監(jiān)測的可穿戴傳感器種類繁多，包括物理傳感器、先進(jìn)成像技術(shù)和生化傳感器，每種傳感器都能夠從不同的視角對心血管健康和功能提供洞察。創(chuàng)新技術(shù)的融合和應(yīng)用，特別是柔性電子、小型化和無線通信技術(shù)，促進(jìn)了可穿戴傳感器的興起。這些傳感器可以無縫集成到皮膚貼片或智能服裝中?？纱┐鱾鞲衅鞯木o湊尺寸和多功能集成能力，使其在早期預(yù)警系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用極具前景。這些復(fù)雜的系統(tǒng)集成了廣泛的可穿戴傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)測，在檢測到異常時迅速生成及時警報(bào)，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果的全面分析自主啟動定制化干預(yù)措施。這些創(chuàng)新使我們能夠持續(xù)實(shí)時地監(jiān)測關(guān)鍵生理參數(shù)，為心血管健康管理、疾病預(yù)防、診斷和治療帶來了深遠(yuǎn)影響。
心血管健康監(jiān)測應(yīng)用的可穿戴傳感器
據(jù)麥姆斯咨詢介紹，電子科技大學(xué)的研究人員近期在npj Cardiovascular Health上發(fā)表了一篇題為“State-of-the-art wearable sensors for cardiovascular health: a review”的綜述性文章。這篇全面的綜述文章細(xì)致地闡述了當(dāng)前可穿戴物理傳感器、可穿戴成像技術(shù)以及心血管健康應(yīng)用的柔性生化器件的前沿進(jìn)展和技術(shù)優(yōu)勢。研究人員對每種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了深入的對比分析，主要包括：脈搏波傳感器、心電圖傳感器、血壓傳感器、血流傳感器、超聲成像、血糖傳感器以及其它心血管相關(guān)的生化傳感器。此外，還深入探討了早期預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展歷程，并研究了閉環(huán)控制系統(tǒng)的開發(fā)，為這一充滿活力的領(lǐng)域提供了緊跟最新趨勢的見解。最后，研究人員還總結(jié)了該領(lǐng)域面臨的現(xiàn)有挑戰(zhàn)，深入探討了潛在的發(fā)展軌跡，并為未來的進(jìn)一步研究指明了方向。
脈搏波傳感器
脈搏波測量是評估心血管健康的關(guān)鍵診斷工具?？纱┐髅}搏波監(jiān)測技術(shù)主要包括光學(xué)傳感器和壓力傳感器。
可穿戴脈搏波傳感器
心電圖傳感器
心電圖（ECG）監(jiān)測在心血管健康管理中至關(guān)重要，有助于檢測心律失常、心肌缺血和心肌梗死等心臟問題?？纱┐鱾鞲衅魍ㄟ^將電極與能夠自主傳感和數(shù)據(jù)處理的先進(jìn)系統(tǒng)集成，解決了現(xiàn)有挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)了長期舒適的心電圖監(jiān)測?？纱┐餍碾妶D傳感器主要分為兩大類：濕電極和干電極。此外，無需直接電極-皮膚接觸的非接觸式心電圖傳感器技術(shù)也在興起。
可穿戴心電圖傳感器
血壓傳感器
血壓（BP）監(jiān)測對于心血管健康至關(guān)重要，因?yàn)楦哐獕菏菍?dǎo)致心臟病、中風(fēng)和心力衰竭等疾病的主要風(fēng)險因素。目前，已有廠商開發(fā)出可穿戴血壓監(jiān)測設(shè)備，主要采用示波法、血管卸載技術(shù)和PPG。然而，其測量精度、長時間使用舒適度以及需要頻繁校準(zhǔn)等方面仍存在挑戰(zhàn)。基于超聲波、壓力傳感器和多信號分析等替代原理的新興血壓測量技術(shù)，因其潛在優(yōu)勢而受到關(guān)注。
可穿戴血壓傳感器
血流傳感器
檢測血流動力學(xué)變化對于心血管疾病早期診斷和預(yù)防至關(guān)重要。目前，用于血流監(jiān)測的可穿戴血流傳感器主要利用熱分析和多普勒原理，包括超聲波、激光和光聲技術(shù)。
可穿戴血流傳感器
超聲成像傳感器
成像技術(shù)在心血管健康評估和相關(guān)疾病診斷中占據(jù)核心地位。它能夠以非侵入性和清晰的方式展示心臟結(jié)構(gòu)、血管形態(tài)和血流動力學(xué)特征，為醫(yī)生提供精細(xì)詳盡且直觀的診斷基礎(chǔ)。
近些年，便攜式超聲成像技術(shù)在實(shí)時可視化心血管及其它組織、器官結(jié)構(gòu)的研究中具有重要意義。可穿戴超聲成像傳感器通過微型化柔性探頭實(shí)現(xiàn)連續(xù)無創(chuàng)監(jiān)測。
可穿戴超聲成像傳感器
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生化傳感器
可穿戴生化傳感器是指能夠?qū)⑸矬w發(fā)出的生化信號轉(zhuǎn)換為可測量電信號或其它可量化格式的器件。例如血糖、膽固醇、尿酸、乳酸、電解質(zhì)（如鈉、鉀）、尿素和炎癥細(xì)胞因子等生化指標(biāo)，可以從人體汗液、唾液、淚液及其它體液中獲取。這些指標(biāo)與心血管健康的關(guān)系至關(guān)重要。
心血管健康監(jiān)測相關(guān)的可穿戴生化傳感器
結(jié)論
心血管疾病具有高發(fā)病率和死亡率，因此對心血管健康進(jìn)行持續(xù)、實(shí)時監(jiān)測至關(guān)重要?？纱┐餍难鼙O(jiān)測系統(tǒng)有潛力整合物理、成像和生化傳感器，并進(jìn)一步發(fā)展成為早期預(yù)警或閉環(huán)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在提供實(shí)時、個性化、持續(xù)護(hù)理方面展現(xiàn)出無與倫比的價值。研究人員系統(tǒng)性地綜述了專為特定生理參數(shù)設(shè)計(jì)的可穿戴傳感器的原理、分類和最新進(jìn)展，以應(yīng)對心血管健康監(jiān)測的多樣化需求。此外，文章概述了基于可穿戴傳感器技術(shù)的早期預(yù)警和閉環(huán)系統(tǒng)，并強(qiáng)調(diào)了它們在實(shí)時健康管理方面的潛力。研究人員還分析了可穿戴傳感器當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)，并討論了未來的研究方向和發(fā)展機(jī)遇，評估了它們目前的進(jìn)展?fàn)顟B(tài)。持續(xù)發(fā)展的尖端集成技術(shù)，如柔性傳感器，結(jié)合對先進(jìn)算法的深入探索，有望進(jìn)一步加速可穿戴傳感器的發(fā)展，為改善心血管健康監(jiān)測和治療提供關(guān)鍵支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s44325-025-00090-6
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