智能戒指為持續(xù)生理監(jiān)測(cè)提供了一種獨(dú)特的途徑，其易于佩戴，與其他智能可穿戴設(shè)備相比更加輕盈，適合夜間使用，并且可以調(diào)整尺寸以確保傳感器和皮膚之間保持理想接觸狀態(tài)。連續(xù)測(cè)量血壓（BP）對(duì)心血管健康管理具有重要的診斷和預(yù)后價(jià)值。傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)血壓測(cè)量設(shè)備需要使用充氣袖帶，體積較大，具有侵入性，不適合用于頻繁或連續(xù)測(cè)量。因此，有必要采用非侵入性、更舒適的技術(shù)取代傳統(tǒng)的做法，以有效地捕獲血流和其它重要的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，同時(shí)減輕用戶的不適感。

基于光學(xué)光電容積脈搏波（PPG）和基于生物阻抗的腕戴式系統(tǒng)，都能夠提供非侵入性和連續(xù)測(cè)量。然后，基于PPG的系統(tǒng)因光線穿透度低，易導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量差，同時(shí)其對(duì)皮膚特征高度敏感，易受不同膚色、體重指數(shù)和皮膚溫度影響，此外其可定制性較差。

基于生物阻抗的系統(tǒng)能夠克服光學(xué)系統(tǒng)的局限性，該模式依賴于皮膚下非常微小的、非侵入性的高頻交流電（AC）分布，以及基于不同組織類型及其獨(dú)特電特性的體積分布的電壓信號(hào)記錄。不過(guò)，生物阻抗技術(shù)面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是需要在電極和皮膚之間建立可靠、持久和牢固的界面來(lái)實(shí)現(xiàn)高接觸質(zhì)量。這就需要用戶時(shí)刻關(guān)注傳感器的放置位置，給生物阻抗技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用帶來(lái)了額外的挑戰(zhàn)。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，美國(guó)德克薩斯農(nóng)工大學(xué)（Texas A&M University）研究人員提出一種環(huán)形生物阻抗傳感器——Bio-Z戒指，該傳感器解決了與生物阻抗信號(hào)采集系統(tǒng)建立持續(xù)高質(zhì)量接觸的主要難題。相關(guān)研究成果已發(fā)表于npj Digital Medicine期刊。

用于動(dòng)脈血流和壓力傳感的環(huán)形生物阻抗傳感器（Bio-Z戒指）

在這項(xiàng)工作中，研究人員引入了環(huán)形生物阻抗傳感器，充分利用生物阻抗的深層組織傳感能力，同時(shí)它不像光學(xué)模式那樣對(duì)膚色敏感。研究人員將獨(dú)特的人體手指有限元模型與參與者的詳盡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，得出電極放置和尺寸的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)，使其對(duì)動(dòng)脈容量變化具有最高敏感性，同時(shí)不受膚色差異的影響。

環(huán)形生物阻抗傳感器具有各種尺寸，以適應(yīng)參與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究個(gè)體的特定尺寸。除了保證電極與皮膚接觸外，環(huán)形生物阻抗傳感器還使用半柔性硅材料，從而為佩戴者提供輕盈無(wú)感和無(wú)縫的用戶體驗(yàn)，便于用戶長(zhǎng)期和夜間使用。

研究人員將環(huán)形生物阻抗傳感器用于評(píng)估動(dòng)脈血壓，該傳感器顯示出0.81的峰值相關(guān)性，以及低誤差（收縮壓：0.11 ± 5.27 mmHg，舒張壓：0.11 ± 3.87 mmHg），涵蓋了廣泛的血壓范圍（收縮壓：89 - 213 mmHg，舒張壓：42 - 122 mmHg）。這項(xiàng)研究展示了環(huán)形生物阻抗傳感器在精確和連續(xù)評(píng)估血壓方面的巨大潛力。

利用環(huán)形生物阻抗傳感器和PPG傳感器捕獲不同膚色動(dòng)脈脈搏波的對(duì)比圖

環(huán)形生物阻抗傳感器捕獲的收縮壓（SBP）和舒張壓（DBP）結(jié)果

這項(xiàng)研究工作提出的生物阻抗環(huán)傳感器可以非侵入性地捕獲重要的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，相較于目前的醫(yī)療診斷工具（如使用笨重袖帶的傳統(tǒng)血壓計(jì)）具有顯著優(yōu)勢(shì)。此外，由于戒指的緊密貼合，環(huán)形傳感器確保了電極與皮膚之間的牢固接觸。因此，該傳感器能夠長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量提供同一部位的生物阻抗讀數(shù)，這不同于其它研究級(jí)別的可穿戴系統(tǒng)——雖然其它可穿戴系統(tǒng)可適用于各種部位（如手腕、腳踝、胸部），但它們的傳感器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中容易出現(xiàn)接觸丟失的問(wèn)題。

研究人員稱，盡管這項(xiàng)研究目前主要專注于動(dòng)脈血壓跟蹤，但未來(lái)他們會(huì)探索拓展更多方向，包括將這種環(huán)形生物阻抗傳感器用于其他生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用（如身體組織成分分析等）。

審核編輯：劉清