基于手指PPG的动脉血压估算方法比较
2025-06-07 13:45:41   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

基于手指光电容积脉搏波（PPG）测得脉搏波到达时间（PAT）来估算血压（BP）是一种前景广阔的无创血压监测方法。通过测量外周部位（例如手指）的血容量变化，PPG可检测心室去极化后血压波到达外周血管所需的时间。这个时间被称为脉搏波到达时间（PAT，如图1(a)），由于PAT与血压水平强相关，因此可以用作估算血压。然而，目前尚缺乏系统研究来明确哪种测量模式（透射模式、反射模式）、哪种波长最适合手指PPG测量，以及哪个PPG基准点最适合计算PAT。此外，从PAT中获取血压值需采用校准模型。校准模型可分为基于群体模型（需要大量受试者）和后验模型两大类，其中后验模型主要有四种。

图1 PAT以及PPG基准点

据麦姆斯咨询报道，近日，由意大利米兰理工大学（Politecnico di Milano）等机构组成的研究团队开展了基于手指PPG估算动脉血压的比较研究，旨在确认极短时间内实现基于手指PAT估算血压的最佳设置和PPG预处理流程。为此，这项研究使用三种波长（两种透射模式、一种反射模式）和四个PPG基准点（如图1(b)），比较了四种常用校准模型的血压估算的逐搏误差。在此范围内，研究人员设计并验证了一款可以比较各种PPG模式和后处理方法的PPG设备，并将其应用于逐渐增加工作负荷的运动方案（以诱导血压水平的短期变化）中来收集数据。这项研究以“Comparison of Methods to Estimate Arterial Blood Pressure From the Pulse Arrival Time by Finger Photoplethysmography”为题发表在IEEE Sensors Journal期刊上。

研究人员开发了一款专用PPG设备，该设备可灵活调整照明波长以及光电二极管（PD）与发光二极管（LED）的相对位置，并支持与其它仪器同步。该PPG设备由搭载微控制器单元（MCU）的主板和设计用于手指佩戴的探头组成（如图2(a)和图2(b)）。该探头采用柔性技术制造，搭载三颗不同波长的LED（650 nm的红光LED、525 nm的绿光LED和940 nm的红外光LED）以及两颗光电二极管，其中一颗光电二极管位于LED的同侧（即反射模式PPG），另一颗光电二极管位于手指的另一侧（即透射模式PPG）。

图2 多波长多传感器PPG设备的设置

为了探究PPG基准点、波长以及PAT校准模型对短期血压估算的影响，研究人员利用上述设备进行实验验证。研究人员招募了10名健康、血压正常的受试者（5名男性、5名女性）。每位受试者均在胸部贴附心电图（ECG）电极，在左手食指佩戴多波长多传感器PPG设备，并在同只手中指佩戴Finometer袖带设备来进行测量。

综上所述，这项研究旨在探讨PPG基准点、波长和PAT校准模型对短期血压估算的影响。研究人员开发了一款多波长多传感器PPG设备，用于在10名受试者的运动方案中测量PAT的逐搏变化。这项研究比较了四种校准模型（双系数反比模型、平方反比模型、对数模型、三系数反比模型）、四个基准点（波起始点、峰值点、最大导数点、切线交点）以及三种波长（红光、绿光、红外光），以估算5分钟时段和单搏的血压值。将手指收缩压和舒张压作为参考。结果显示，收缩压的估算误差高于舒张压。通过将红光或红外光与反比校准模型或平方反比校准模型相结合，5分钟平均收缩压的中值绝对误差（MAE）达到可接受水平（< 5 mmHg）。单搏估算血压的MAE虽然较高，但通过红光或红外光、最大导数基准点或切线交点基准点以及双系数校准相结合，仍可实现MAE < 8 mmHg。因此，通过合理结合校正模型、波长和基准点，手指PAT估算短期血压具有可行性。这项研究确定了通过PPG从手指PAT估算血压的最佳参数，为开发临床环境和普通人群中准确、连续血压监测的无创设备做出贡献。

论文链接：https://doi.org/10.1109/JSEN.2024.3486565

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