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用于连续血压监测的高级柔性可穿戴传感器
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血压是循环血液对动脉壁施加的压力,通常表现为压缩压的两个重要参数(SBP)和舒张压(DBP)。对健康人来说,SBP/DBP值约为120/80mmHg,异常高血压被认为是一种高血压,是心血管疾病的一个重要危险因素。根据示波法,传统的动脉血压监测器需要在手臂上安装一个大的充气袖带,只提供间歇性测量。然而,一些由高血压引起的疾病在严重的身体损伤之前不会出现明显的症状,这需要持续的血压监测,为早期疾病干预和治疗提供了机会。此外,柔性连续血压监测器比刚性血压监测器更适合皮肤,为不明显的监测提供了更舒适的体验。一般来说,BP可以通过PTT,PAT,超声和机器学习技术的连续监测。

1、PAT技术

基于PAT血压监测技术包括监测心电信号ECG记录脉搏波机械活动的传感器和传感器PPG/BCG/SCG/压力传感器。Xu等人使用无机近红外LED高灵敏度有机光电晶体管(OPT,3.5×105A·w-1)发展出一种柔性PPG传感器。OPT主要由60nm氧化铝/氧化硅(Al2O3/SiO2)双层介质(3)V低工作电压)nm厚的DPP-DTT:PCBM(作为光活性材料)。为了证明连续血压监测的准确性,建议的灵活性PPG传感器和传感器基于商业袖带PPG传感器安装在不同的指尖,记录外周脉搏波,并记录外周脉搏波ECG将传感器放置在前臂上ECG用于提取的信号和信号PAT的PPG信号。对于SBP和DBP读数、柔性装置与商用装置的平均绝对差小于5mmHg。Fan人们开发了一种可穿戴液囊压阻压传感器(LCPS),高线性度(0–50kPa),最小滞后,高稳定性(>30000循环)和低功耗(35000)nW)。用压阻炭黑装饰的织物层浸泡在叉指电极上,用压阻炭黑装饰的织物层浸泡在叉指电极上PEN膜覆盖。然后将传感器嵌入富含甘油的硅酮弹性体胶囊中。根据帕斯卡原理,脉冲信号通过液体传输到传感器,降低了传感器校准的严格要求,公差为±8.5mm。将LCPS脉搏信号与心电图信号相结合PAT和PPG/ECG与结果相比,SBP和DBP平均绝对差小于3mmHg。虽然参考心电图R波更容易获得PAT,但射血前期(PEP)存在为基础PAT由于压力、情绪、年龄、体力等各种原因,血压估计会增加额外的变量。将PEP考虑可以使血压监测系统更加准确。

2、PTT技术

PTT它是指脉搏波在两个动脉点之间的时间间隔,可以检测到PPG,BCG,SCG或者根据各种数学模型,压力信号已经广泛用于连续计算BP估计。然而,记录上述信号的传感器很容易受到运动伪影的影响。为了解决这个问题,人们尝试了不同的方法,如提高一致性、暂停运动、使用差分信号等。Li人们开发了一种类似皮肤的双通道光电器件,用于超薄无机红外(850nm,GaAs基础),红光(620)nm,GaAs基础)和绿光(515)nm,Al2O中间有四个二极管(400-1100)nm,放置硅基)LEDs两边,从两边PPG信号获得PTT。图案形成表链形状,呈现低电阻和拉伸。使用50μm厚厚的生物相容性薄膜包装,这种薄而灵活的装置只有通过范德华与皮肤的相互作用。假设运动伪影通过假设对每一个PPG信号的影响是相似的,检测到的绿光与红光/红外光强度的差异可以有效抑制运动伪影。在静态和步行状态下进行绝对测试DBP/SBP误差,分别为±7/±10和±10/±14mmHg。

可以检测动脉脉搏的压力传感器也可以用来提取PTT连续血压监测。Jin人们开发了一种低成本的柔性温度和力传感器,只使用两根碳纤维梁,放置在1个cm2的FPCB衬底上,用PI薄膜包装,碳纤维作为热和机械传感的有源元件。交叉结可以感知,最小感知是3mN,灵敏度为0.66kPa-1.通过测量血压、心率、体温和呼吸频率,将四个传感器放置在身体的不同部位。从左颈动脉和左食指上记录的两个脉搏波中提取PTT,后面可以计算血压。

3、机器学习技术

使用多个因素进行估计BP有望提高精度,实现无校准BP计算。机器学习技术的主要目的是从机器学习中学习。PPG提取时域和频域BP多个相关特征,ECG或者从训练数据中计算生物力学信号,然后用机器学习BP。连续血压监测通常采用机器学习算法,包括但不限于线性回归、神经网络,支持向量机、随机森林和深度学习。

基于PTT/PAT的BP监视器需要两个传感器一起工作,以记录两个同步信号PTT/PAT然而,然而,ML该算法只能准确地使用一个传感器,基于从一个信号中选择的多个特征BP据估计,这降低了监测系统的尺寸,提高了耐磨性。例如,柔性压力传感阵列由聚对二甲苯C衬底和具有微表面结构的导电聚合物膜组成,以提高灵敏度(-0.533kPa-1)。从脉搏波中选择11个特征,80%的数据用于训练三种机器学习算法。结果表明,随机森林算法的性能优于梯度增强和自适应增强SBP和DBP,基于袖带的估计和参考BP之间的系数R2分别为0.871和0.794。

4、超声波技术

中心血压(CBP)波形高于外周血压(PBP)由于心脏、大脑和肾脏直接暴露于中心动脉,波形传递更多关于心血管疾病的信息。因此,以CBP基于医学指示比PBP更可靠。然而,中央动脉通常埋在皮肤下3cm深处,在那里CBP光学信号不能安装在皮肤上PPG捕获传感器或压力传感器。由于超声波深入人体组织,柔性超声传感器有望连续记录CBP信息。Wang一种240,等等μm由4台柔性超声设备制成的厚柔性超声设备×5阵列的刚性1–3复合压电柱组成,可自动映射血管位置和血管位置,PI铜电极设置在基底上,提供60%的拉伸。该不同的身体部位和姿势下,该设备稳定地适合人体皮肤,显示出比商用张力测量仪更强的血压监测能力。校准后,用商业张力测量进行评估CBP读数的准确性表明,收缩压和重拳切割的区别为0.05和0.28mmHg。Peng由于银纳米线的可拉伸电极和压电,其他人开发了弯曲超声波血压传感器–3复合结构,PZT-5A作为一种活性材料,周围环境是PDMS填料。根据发射和接收到的超声信号,检测血管直径的变化转化为血压。使用商用上臂血压监测器对传感器进行测试,结果一致。

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