科学家研发可穿戴超声传感器，可提供无创的连续性血压监测

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@小白创作中心

科学家研发可穿戴超声传感器，可提供无创的连续性血压监测

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来源

https://finance.sina.cn/tech/2024-12-03/detail-incyerft1598325.d.html

科学家们研发出一种新型可穿戴超声传感器，能够提供无创的连续性血压监测。这种传感器通过优化声学和机械设计，解决了传统监测技术的局限性，并在多种临床环境中进行了严格验证，展示了其在实际医疗场景下的高可靠性。

技术原理

可穿戴超声传感器通过发射超声波束深入人体内部，对目标动脉发出超声波，动脉的前后壁在射频信号中显示两个峰值。再通过峰值的运动来跟踪动脉壁脉动，从而产生动脉直径波形。这些波形被转换和校准为血压波形，也就是需要测量的连续的血压。

这种测量方式直接关注动脉脉动，不需要进行侵入式测量，也不受皮肤特性变化的影响，可以提高血压测量的准确性和稳定性。

设计特点

本次传感器采用紧密相连的声学窗口和背衬层，有效减少了换能器振铃效应，提高了对动脉壁运动的追踪精度和测量稳定性。其还采用 20 个超声换能器元件紧密排列的线性阵列，每个元件间的间距被缩小至 0.5 毫米，形成了一个宽约 10 毫米的连续声学窗口。

这种紧密的结构设计带来了两个显著优势：全面覆盖目标动脉和降低对准要求。由于声学窗口更宽，能够全面覆盖目标动脉，如桡动脉和肱动脉，即便传感器在佩戴时轻微移动，仍然可以保持超声波束聚焦于目标区域，减少了因错位造成的信号丢失。

宽声窗对动脉与传感器之间的对准敏感性降低，这样在实际使用中，即使传感器与动脉未完全对齐，也能提供稳定可靠的超声成像，减少因位置变化引起的测量偏差。

此外，传感器设计中还增加了一个厚度为 500 微米的背衬层，起到了重要的阻尼作用，可以减少换能器的振铃效应。振铃效应指的是换能器激活后残留的多余振动，这会延长声脉冲的长度并导致信号模糊，从而影响测量的准确性。背衬层通过抑制这些多余的振动，显著缩短了声脉冲的持续时间，使反射信号更加清晰锐利。此外，更短的声脉冲长度大幅度提升了动脉壁追踪的精度。超声信号因此能够更精确地捕捉到动脉壁细微的膨胀和收缩，提供极高的空间分辨率。这种改进尤其在检测变化幅度较小的周围动脉脉动时至关重要，确保了血压监测的准确性和可靠性。

传感器还具有高度的机械柔性和贴合性，可稳固地贴合在不同的皮肤曲面上，适合长时间佩戴并进行连续监测，满足日常和临床使用的需求。

通过对可穿戴超声传感器的优化设计和一系列实验，该课题组对设备的声学特性、机械柔性和耐用性进行了详细表征，确保传感器在各种使用环境下都能保持出色性能。

实验验证

为了验证传感器的性能，研究人员在多种临床环境中进行了大规模、严格的实验。经历了在实验室中的健康人群、门诊患者、在术中病人和术后病人的验证，测试场景包括日常活动中的使用场景、心脏导管实验室以及重症监护病房等。研究涵盖了从静止状态到动态活动的血压监测，并对设备在姿势变化（如站立、坐下和仰卧）、多种生理刺激（如运动，进食，冥想等）。此外，研究人员对复杂医疗环境中的稳定性和可靠性也进行了系统评估。

结果显示，传感器在不同场景下测量的血压值与标准临床设备高度一致，所有结果均满足国际血压监测标准，展示了设备在实际临床条件下的高可靠性，并支持其未来的广泛医疗应用。

应用前景

可穿戴超声传感器的应用前景广泛，大致可以分为以下几种：

家庭和便携式健康监测：能够为高血压患者和患心血管疾病风险的人群提供全天候、连续的血压监测，以取代传统的袖带式血压计。
重症监护与术后监测：在重症监护病房中，该设备可作为非侵入性替代方案，实现无创、精确的实时血压监控，为需要长时间监测血压的重症患者提供更安全、舒适的选择，减少动脉导管带来的感染和血栓等风险。
运动与健身领域：对于运动员和健身爱好者，这项技术可以提供实时的血压数据，帮助监控身体在运动中的心血管反应，优化训练计划并防止因剧烈运动导致的心血管问题。
远程医疗与健康大数据分析：随着可穿戴设备和远程医疗技术的普及，该传感器能够无缝集成到健康监测系统中，帮助医生通过远程实时获取患者的血压数据。
睡眠医学与夜间高血压监测：该可穿戴传感器可以在用户睡眠过程中连续监测血压，为夜间高血压和相关睡眠障碍（如睡眠呼吸暂停）提供精确的评估工具，进而优化诊断和治疗方案。
慢性病管理与个性化治疗：通过持续监测，设备可以帮助医疗人员追踪患者对药物的反应，实时调整治疗方案，提供更加精准和个性化的慢性病管理策略。