毫米波雷达芯片如何实现可穿戴连续血压测量？
2020-10-10 10:07:18 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
美国硅谷初创公司Blumio基于英飞凌（Infineon）的XENSIV毫米波雷达芯片组，开发了一种可穿戴式血压传感器，能够提供准确的血压连续测量。相比应用条件苛刻的血压计测量方案，Blumio的解决方案可以提供精确的非接触式、无压力连续血压测量。
微访谈：Blumio联合创始人兼首席执行官Catherine Liao
据麦姆斯咨询报道，美国硅谷初创公司Blumio基于英飞凌（Infineon）的XENSIV毫米波雷达芯片组，开发了一种可穿戴式血压传感器，能够提供准确的血压连续测量。相比应用条件苛刻的血压计测量方案，Blumio的解决方案可以提供精确的非接触式、无压力连续血压测量。
近日外媒Fierce Electronics采访了Blumio联合创始人兼首席执行官Catherine Liao，畅谈了可穿戴式血压监测装置的重要性，以及Blumio方案的基本原理和市场化策略。麦姆斯咨询编译了访谈内容以飨读者。
Q：据了解，连续血压测量是一个众所周知的难题，您为什么认为Blumio可以能人所不能？
A：目前可以通过体积钳法（Volume Clamping）和动脉张力法（Applanation Tonometry）来进行连续血压监测。我认为您的问题是指无袖带血压监测所面临的挑战。
现在已有多家公司正在尝试通过结合ECG和光体积描记法（PPG）传感器检测脉搏传播时间或进行脉搏波分析来确定血压。但是，上述传感器均无法简便地提供准确的压力测量结果。这些光学传感器容易引入其他变量，从而导致测量结果不准确。美国西北大学（Northwestern University）的Jay Pandit博士最近发表了一篇很棒的论文，总结了这些方法及其面临的挑战。
而我们从根本上设计了一种使用毫米波雷达技术的新型血压传感器。尽管已有FDA批准的基于血压计的连续血压监测器械，但由于它们需要精确放置并在测量部位施加恒定压力而导致不适和瘀伤，因而往往难以使用。在我们的IEEE论文中，已经证明了Blumio的传感器可以产生与血压计相当的压力信号。这给了我们很大的信心，可以获得与血压计方案相当的准确血压测量，并且具有无袖带可穿戴设备的所有优点。
Q：人体一天中血压的波动有多大？为什么连续血压测量是一项重要突破？
A：人体血压每分钟每小时都在自然波动。这些波动通常都会在正常范围内。但是，当我们的血压经常出现超出正常的峰值时，就表示人体出现了异常情况，需要进一步检查。全面监测血压一天的波动情况，可以找出导致波动的原因，从而有助于提供针对性的治疗方案。
一项针对63,910名成年人的为期10年的研究发现，与临床血压测量值相比，动态血压测量值更能预测各种原因和心血管疾病的死亡率。白大褂高血压（指在医院、诊所出现的血压升高现象）不是一种良性疾病，与持续性高血压相比，隐性高血压的死亡风险更高。
Q：Blumio曾预计在2017年将产品投放市场，但显然没有实现，你们目前正在解决哪些挑战？
A：早在2016年，我们就成功开发了一款血压监测原型系统。该系统使用了我们自行研发的毫米波雷达，可以检测手腕和上臂动脉的搏动。在人体实验中，我们发现系统与皮肤表面的相互作用，会将不想要的噪声引入血压信号。这促使我们探索其它可替代的毫米波雷达系统，最终我们采用了英飞凌的XENSIV雷达芯片，这是一种工作在60 GHz的调频连续波（FMCW）雷达。
Blumio开发的sub-GHz原型，并开发了智能手机应用程序
Q：这款毫米波雷达方案解决了哪些问题，在应用中又引入了哪些问题？
A：毫米波雷达方案最大的好处是它不需要对测量部位施加压力，并且不需要与皮肤接触。在我们当前的原型系统中，雷达芯片的位置距离皮肤表面大约几毫米。
毫米波雷达的缺点是运动噪声。我们要测量的运动非常小（小到只有0.05 mm的皮肤膨胀），所以它可能会因身体运动而被掩盖。话虽如此，在日常情况下，无需通过每次心跳来测量血压。事实上，健康专家建议休息5分钟后，保持坐姿再测量血压。对此，我们可以利用运动传感器来告诉我们用户是否处于静坐状态（以及静待了多长时间），以捕获有临床意义的血压测量值。
Q：请您谈谈具体如何利用毫米波雷达技术来测量血压？为什么要使用60 GHz？
A：60 GHz的高频率消除了我们在自己开发的系统中观察到的噪声。该频率信号具有更小的波长，因此非常适合测量由动脉脉冲所引起的皮肤表面的微小扰动。另外，其小巧的尺寸（5mm x 6mm）很适合可穿戴设备。今年早些时候，我们在IEEE上发表了一篇论文，详细介绍了如何利用60 GHz雷达进行动脉脉搏检测，并与血压计的信号进行了比较。
Q：你们采用了英飞凌XENSIV雷达芯片，这款芯片可以直接利用吗？你们是否还需要进一步开发？
A：英飞凌的XENSIV雷达芯片已发布并上市。谷歌（Google）也在其Pixel手机中将XENSIV雷达芯片用于手势感测。不过，仅利用雷达芯片还不足以进行健康感测。我们正在最后完善将雷达信号转换成动脉压波形，并随后进行血压计算的算法。
英飞凌XENSIV雷达芯片
Q：您能否具体谈谈正在开发的算法，是否利用了机器学习？
A：我们正在开发2套算法：
1、毫米波雷达→动脉压波形。该算法从XENSIV雷达芯片获取雷达信号，并生成可用于评估心血管指标的高保真动脉压波形。我们使用信号处理技术来执行此转换。
2、动脉压波形→血压。该算法接收雷达传感器生成的动脉压波形，并将其转换为血压值（收缩压、舒张压和平均血压）。
我们利用机器学习来帮助我们完善算法，但是算法本身基于信号处理技术。机器学习可以帮助我们快速筛选雷达信号中的数百个特征，并找出与血压最相关的特征。没有它，这些过程可能需要数年才能完成。
Q：你们的目标产品有哪些？
A：我们的愿景是成为未来健康可穿戴设备的赋能者。因此，我们一开始就决定要开发可服务于广泛设备制造商的传感器，就像应美盛（InvenSense）开发的三轴加速度计和陀螺仪一样，这些传感器现在已经可以在每款智能手机和可穿戴设备中看到。
为了实现这一愿景，我们的首要任务是提供一种普适性的传感器，可供医疗设备制造商用来打造自己的健康可穿戴设备。我们的传感器可以输出高保真的动脉压波形，从而可以开发不同类型的健康感测算法。我们身边就有这样一个用例，CardieX是一家拥有26年历史的全球健康技术公司，也是Blumio的投资方之一。该公司专注于高血压和心血管疾病，最近，他们将其中心血压算法移植到了我们的传感器上使用。专家认为，中心血压比外周血压更准确更有用。我们的传感器将使这些数据指标在临床环境之外唾手可得。
我们的长期愿景是动态血压监测的临床应用，我们的传感器将内置到医生指定的诊疗服务中。可能患有高血压的患者，会被要求24小时动态监测血压，以捕获其血压波动。目前的现有监测设备需要依靠充气袖带，这种充气袖带会干扰人们的日常活动。袖带的频繁挤压会引起疼痛，经常会引起瘀伤，并影响患者的睡眠。近一半的美国成年人患有不同水平的高血压，我们的创新技术有望为人们的生活带来积极影响。
Q：可否介绍一下你们最新的产品发布计划？
A：我们的目标是在2021年推出并上市发售我们的血压传感器。在此之前，我们将为联合开发合作伙伴提供毫米波雷达开发板、计算单元和用于动脉波形记录及分析的代码开发套件。我们还将与英飞凌合作提供参考设计，以及有关如何将英飞凌XENSIV雷达芯片集成到电路板上的指引和技巧。我们希望可以在2022年看到基于我们传感器的可穿戴血压监测仪问世。
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