智能戒指为持续生理监测提供了一种独特的途径，其易于佩戴，与其他智能可穿戴设备相比更加轻盈，适合夜间使用，并且可以调整尺寸以确保传感器和皮肤之间保持理想接触状态。连续测量血压（BP）对心血管健康管理具有重要的诊断和预后价值。传统的动态血压测量设备需要使用充气袖带，体积较大，具有侵入性，不适合用于频繁或连续测量。因此，有必要采用非侵入性、更舒适的技术取代传统的做法，以有效地捕获血流和其它重要的血流动力学参数，同时减轻用户的不适感。
基于光学光电容积脉搏波（PPG）和基于生物阻抗的腕戴式系统，都能够提供非侵入性和连续测量。然后，基于PPG的系统因光线穿透度低，易导致信号质量差，同时其对皮肤特征高度敏感，易受不同肤色、体重指数和皮肤温度影响，此外其可定制性较差。基于生物阻抗的系统能够克服光学系统的局限性，该模式依赖于皮肤下非常微小的、非侵入性的高频交流电（AC）分布，以及基于不同组织类型及其独特电特性的体积分布的电压信号记录。不过，生物阻抗技术面临的一个主要挑战是需要在电极和皮肤之间建立可靠、持久和牢固的界面来实现高接触质量。这就需要用户时刻关注传感器的放置位置，给生物阻抗技术的实践应用带来了额外的挑战。
据麦姆斯咨询报道，近日，美国德克萨斯农工大学（Texas A&M University）研究人员提出一种环形生物阻抗传感器——Bio-Z戒指，该传感器解决了与生物阻抗信号采集系统建立持续高质量接触的主要难题。相关研究成果已发表于npj Digital Medicine期刊。
用于动脉血流和压力传感的环形生物阻抗传感器（Bio-Z戒指）
在这项工作中，研究人员引入了环形生物阻抗传感器，充分利用生物阻抗的深层组织传感能力，同时它不像光学模式那样对肤色敏感。研究人员将独特的人体手指有限元模型与参与者的详尽实验数据相结合，得出电极放置和尺寸的最佳设计参数，使其对动脉容量变化具有最高敏感性，同时不受肤色差异的影响。环形生物阻抗传感器具有各种尺寸，以适应参与实验验证研究个体的特定尺寸。除了保证电极与皮肤接触外，环形生物阻抗传感器还使用半柔性硅材料，从而为佩戴者提供轻盈无感和无缝的用户体验，便于用户长期和夜间使用。
研究人员将环形生物阻抗传感器用于评估动脉血压，该传感器显示出0.81的峰值相关性，以及低误差（收缩压：0.11 ± 5.27 mmHg，舒张压：0.11 ± 3.87 mmHg），涵盖了广泛的血压范围（收缩压：89 - 213 mmHg，舒张压：42 - 122 mmHg）。这项研究展示了环形生物阻抗传感器在精确和连续评估血压方面的巨大潜力。
利用环形生物阻抗传感器和PPG传感器捕获不同肤色动脉脉搏波的对比图
环形生物阻抗传感器捕获的收缩压（SBP）和舒张压（DBP）结果
这项研究工作提出的生物阻抗环传感器可以非侵入性地捕获重要的血流动力学参数，相较于目前的医疗诊断工具（如使用笨重袖带的传统血压计）具有显著优势。此外，由于戒指的紧密贴合，环形传感器确保了电极与皮肤之间的牢固接触。因此，该传感器能够长时间测量提供同一部位的生物阻抗读数，这不同于其它研究级别的可穿戴系统——虽然其它可穿戴系统可适用于各种部位（如手腕、脚踝、胸部），但它们的传感器在运动过程中容易出现接触丢失的问题。
研究人员称，尽管这项研究目前主要专注于动脉血压跟踪，但未来他们会探索拓展更多方向，包括将这种环形生物阻抗传感器用于其他生物医学应用（如身体组织成分分析等）。
论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41746-023-00796-w
延伸阅读：
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