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上海交大張文明教授團隊在人體動脈脈搏壓電動力學(xué)方面取得新突破

更新時間:2022-04-02  |  點擊率:1234
上海交大張文明教授團隊在人體動脈脈搏壓電動力學(xué)方面取得新突破

上海交大張文明教授團隊在人體動脈脈搏壓電動力學(xué)方面取得新突破


近日,上海交大機械與動力工程學(xué)院張文明教授和電子信息與電氣工程學(xué)院楊斌教授合作團隊,在Advanced Materials發(fā)表研究成果,從人體血液動力學(xué)和柔性壓電動力學(xué)基礎(chǔ)出發(fā),提出了人體動脈脈搏壓電動力學(xué)分析新方法,揭示了壓電脈搏波與人體血壓波之間完善的映射關(guān)聯(lián)關(guān)系,突破了柔性MEMS壓電傳感在連續(xù)血壓監(jiān)測方面關(guān)鍵技術(shù)瓶頸,為穿戴式血壓監(jiān)測領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的途徑。論文第一作者是博士后易志然,通訊作者是張文明教授和楊斌教授。


常見醫(yī)用血壓監(jiān)測方法


穿戴式血壓連續(xù)監(jiān)測技術(shù)因其監(jiān)測過程的便攜性而得到廣泛研究,為解決傳統(tǒng)血壓測量的問題提供了重要的發(fā)展途徑。目前報道的穿戴式壓電脈搏傳感技術(shù)在監(jiān)測到的脈搏波方面表現(xiàn)出很大的差異性,一部分研究認為壓電脈搏波與動脈血壓波存在積分關(guān)聯(lián)的波動特性,而另一部分研究則呈現(xiàn)出壓電脈搏波與血壓波一致的波動特性。這種尚未厘清的關(guān)聯(lián)關(guān)系不僅影響傳統(tǒng)穿戴血壓監(jiān)測方法中脈搏波特征點選取的合理性,也影響基于脈搏波直接評估動脈血壓波動特征的可靠性。因此,實現(xiàn)穿戴式血壓連續(xù)監(jiān)測仍是一個重大的挑戰(zhàn),闡明動脈脈搏壓電響應(yīng)的動力學(xué)特征,對于穿戴式脈搏傳感技術(shù)和連續(xù)血壓監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展是非常必要的,也具有重要應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義。

究以壓電動力學(xué)和血液動力學(xué)為基礎(chǔ),建立了動脈脈搏的壓電傳感器動態(tài)響應(yīng)分析理論模型,揭示了壓電脈搏波和動脈血壓波之間的映射關(guān)聯(lián)關(guān)系。為了闡明血壓波和壓電動脈脈搏波之間的關(guān)系,研究采用了壓電厚膜傳感器去獲取人體脈搏波信號,基于屈曲壓電本構(gòu)方程和血液動力學(xué)特性,提出了基于血壓脈動特性的壓電脈搏波響應(yīng)分析方法,揭示了壓電脈搏波與動脈血壓波之間的三種相關(guān)性:積分相關(guān)、直接相關(guān)和二者之間的過渡相關(guān)。


同時,為了探究人體運動對脈搏監(jiān)測的影響,研究人員分別提取了肘部橈動脈和掌指動脈的不同時間長度脈搏波,獲得了四種姿勢的八組不同時間長度脈搏波。通過自定義的模式識別模型,實現(xiàn)了八組脈搏波的姿勢特異性評估,整體動脈脈搏波識別準確率為96.5%,預(yù)測準確率隨著樣本數(shù)量的增加而增加,結(jié)果表明脈搏波具有姿勢敏感特性,且特異性強,為消除穿戴血壓監(jiān)測中的運動偽影奠定了基礎(chǔ)。綜上,脈搏壓電動力學(xué)方法厘清了壓電脈搏波和動脈血壓波之間的映射關(guān)聯(lián)關(guān)系,為穿戴式血壓連續(xù)監(jiān)測提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

研究得到了國家自然科學(xué)基金重點項目、面上項目和青年項目,上海市“科技創(chuàng)新行動計劃"和中國博士后科學(xué)基金的資助。






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