全球領(lǐng)先的生物識別技術(shù)公司Valencell的免校準、無袖帶血壓監(jiān)測技術(shù)僅使用佩戴在耳朵、手指或手腕上的光體積變化描記圖（PPG）傳感器和慣性傳感器即可實現(xiàn)。

監(jiān)測、了解和獲得血壓水平，對于個人當前和未來的健康至關(guān)重要。借助Valencell先進的PPG傳感器，人們將能夠每天通過耳朵、手指或手腕跟蹤血壓測量值。

據(jù)介紹，在過去十年中，Valencell一直在為可穿戴設(shè)備和可聽戴設(shè)備開發(fā)創(chuàng)新的傳感器技術(shù)，以實現(xiàn)有效的健康監(jiān)測結(jié)果。最近，他們的研究人員開發(fā)了一種免校準、無袖帶血壓監(jiān)測技術(shù)，可用于一系列可穿戴設(shè)備，包括智能手表、健身帶、貼片和脈搏血氧儀指夾等，以提供準確的健康指標。該血壓監(jiān)測解決方案只需要三項關(guān)鍵參數(shù)——PPG信號、運動信號和靜態(tài)生物特征（身高、體重、年齡、性別）。

與心電圖（ECG）或脈搏傳輸時間等其他監(jiān)測方法不同，該項技術(shù)只需要來自PPG傳感器和慣性傳感器的數(shù)據(jù)。例如可以讓用戶通過佩戴集成上述兩種傳感器的TWS耳機，即可一整天獲得精確的讀數(shù)。這些傳感器數(shù)據(jù)以及用戶的身體特征由Valencell BP評估軟件在一個嵌入式模型中進行處理后獲得血壓數(shù)值，該嵌入式模型利用機器學(xué)習(xí)技術(shù)和來自數(shù)以萬計的患者數(shù)據(jù)創(chuàng)建而成。

主要研究結(jié)果

Valencell進行了一項實驗調(diào)查，根據(jù)ISO 81060-2 （2018）標準來驗證無校準血壓監(jiān)測技術(shù)的性能，對照組采用手動血壓袖帶測量和自動血壓袖帶測量。超過4000名參與者接受了三種連續(xù)血壓測量：手動聽診血壓讀數(shù)、自動示波袖帶血壓讀數(shù)、手指血流量的PPG讀數(shù)。將手動聽診血壓讀數(shù)作為訓(xùn)練的基本依據(jù)，Valencell開發(fā)了一種先進的機器學(xué)習(xí)模型，以根據(jù)手指PPG傳感器數(shù)據(jù)預(yù)測收縮壓和舒張壓測量值。與手動聽診血壓讀數(shù)相比，手指血流量的PPG讀數(shù)的收縮壓（SBP）和舒張壓（DBP）的準確度分別在0±7.9 mmHg和0.4±7.4 mmHg以內(nèi)。

Valencell可穿戴血壓監(jiān)測技術(shù)

“我們希望將過去只能在醫(yī)院環(huán)境中使用的技術(shù)應(yīng)用到人們已經(jīng)佩戴的設(shè)備中，作為他們生活方式的一部分。我們采用的核心技術(shù)旨在為用戶在日常生活中提供抗運動干擾的心率識別和其他生物識別功能。然后，我們基于該核心技術(shù)構(gòu)建了機器學(xué)習(xí)層。”Valencell總裁兼聯(lián)合創(chuàng)始人Steven LeBoeuf博士解釋說，“該機器學(xué)習(xí)層將某人的實際血壓與其血流信息聯(lián)系起來。我們使用這種能夠耐受運動的PPG技術(shù)來測量血流和血管的變化。”

PPG傳感器能夠為用戶提供有用的健康信息，與其他機制相比，它可以在身體內(nèi)的一個位置測量更多的信息。PPG傳感器利用紅外光來感知身體的運動，以觀察其如何與組織相互作用，并收集必要的信息，從而確定諸如心率、呼吸頻率或血流量等指標。

PPG傳感器的噪聲消除

構(gòu)建基于PPG傳感器的機器學(xué)習(xí)模型需要從身體的不同部位（包括耳朵、手指、手腕和手臂）收集大量數(shù)據(jù)——5000名受試者的50000個數(shù)據(jù)集。收集之后，數(shù)據(jù)在設(shè)備的微小芯片上進行處理，然后通過遙測裝置發(fā)送到移動設(shè)備。第一個讀數(shù)大約在30秒內(nèi)發(fā)送，然后每秒鐘更新一次血壓。

盡管PPG長期以來一直用于測量血流變化并將這些變化轉(zhuǎn)化為脈搏率，但Steven LeBoeuf博士解釋說，在擴展這項技術(shù)時面臨的一個主要障礙是運動噪聲。PPG傳感器對運動極其敏感，因此在開發(fā)過程中，該團隊非常注重將PPG傳感器發(fā)射的紅外光引導(dǎo)到身體的正確位置，以消除處理過程中的噪聲，并對血流信號進行適當濾波。

通過上述消除運動噪聲的工作，Valencell能夠生成“干凈的”PPG信息，并可以利用機器學(xué)習(xí)模型進一步處理這些信息，以便做出其他重要的健康預(yù)測。

Valencell血壓監(jiān)測工作原理

PPG傳感器首先發(fā)射紅外光照射到人體內(nèi)，然后利用光電傳感器檢測經(jīng)過人體血液和組織吸收后的反射光強度情況，描記出血管容積在心動周期內(nèi)的變化，從得到的脈搏波形中計算出生物特征，包括心率、血氧和呼吸頻率等。Valencell血壓監(jiān)測技術(shù)利用PPG和運動數(shù)據(jù)，以及用戶的年齡、體重、性別和身高，作為嵌入式機器學(xué)習(xí)模型的輸入信息，然后通過計算獲得血壓。該模型具有袖帶式血壓測量性能，但無需使用袖帶。

“使用‘干凈的’PPG信息可以做很多健康相關(guān)的事情，而其他傳感方式則無法做到這一點。我最樂觀的預(yù)測是，在10至20年內(nèi)，幾乎所有的醫(yī)療可穿戴設(shè)備都將集成PPG傳感器。”Steven LeBoeuf博士說道。

“我們現(xiàn)在為下一代健康監(jiān)測技術(shù)所做的一些研究就是利用這些信息來預(yù)測血糖濃度將會升高還是下降。”Steven LeBoeuf博士補充說，“我們的目的不是測量葡萄糖水平，而是預(yù)測葡萄糖峰值或下降趨勢。如果你可以使用一個已經(jīng)佩戴已久的設(shè)備（非侵入性）預(yù)測血糖濃度趨勢，那真的會改變健康監(jiān)測的游戲規(guī)則。”

輸出有效的健康監(jiān)測結(jié)果

“我們經(jīng)常會遇到這樣的問題：健康監(jiān)測接下來會發(fā)生什么？下一個偉大的傳感器技術(shù)將是什么？”Steven LeBoeuf博士表示，“實際上，我們更多關(guān)注大規(guī)模應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)，然后在數(shù)據(jù)科學(xué)和機器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進行努力，以呈現(xiàn)新的健康信息見解。”

可穿戴傳感器（例如Valencell開發(fā)的PPG傳感器）在提升公共衛(wèi)生價值方面具有巨大潛力，既可以改善健康狀況，也可以為有需要的人提供更易于把控的成本。據(jù)預(yù)測，可穿戴設(shè)備將繼續(xù)發(fā)展，最終可能被用來幫助提示疾病的早期階段，包括癌癥或帕金森氏癥。

Steven LeBoeuf博士補充說：“我認為，可穿戴設(shè)備對公共衛(wèi)生所做的很多事情都將體現(xiàn)在篩查方面，作為可能出現(xiàn)問題的早期指標，提供能夠以低成本改善健康的干預(yù)措施。而且它不一定需要任何科學(xué)突破或新的傳感器技術(shù)，這些技術(shù)如今已經(jīng)存在了。但是需要大規(guī)模數(shù)據(jù)訓(xùn)練及整合，才能輸出有效的健康監(jiān)測結(jié)果。”

責任編輯：lq6