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導(dǎo)語：家用血壓計已應(yīng)用多年，其工作過程廣為人知：將手臂放入袖帶內(nèi)，按下開始按鈕，感覺手臂受到擠壓，然后讀數(shù)。雖然這種方法的結(jié)果是準(zhǔn)確的，但只能測量瞬時血壓值，得到的只是單一的數(shù)據(jù)點，可能很難捕捉到高血壓特征。我們的血壓在一天中變化很大，尤其是在不穩(wěn)定的高血壓患者中，血壓極易從一個極端變化到另一個極端。如果不及時發(fā)現(xiàn)血壓的異常升高，會導(dǎo)致高血壓患者出現(xiàn)嚴(yán)重的心腦血管疾病，如：中風(fēng)、腦梗、心梗和猝死等。 僅捕捉瞬時血壓值，還可能會出現(xiàn)“白大衣高血壓（看見穿白大褂的醫(yī)生，血壓就升高）”誤判，或錯過血壓預(yù)警與識別疾病全貌。一些血壓連續(xù)監(jiān)測方法主要依賴于光學(xué)、聲學(xué)或力學(xué)模式。這些系統(tǒng)的共同缺點是體積大并且與皮膚的彈性特性不相容。那么，有沒有操作簡單、無創(chuàng)、準(zhǔn)確、輕便、不影響日常生活且可長期連續(xù)監(jiān)測血壓的產(chǎn)品呢？ 2022年6月20日，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校研究團(tuán)隊在Nature Nanotechnol發(fā)表題為“Continuous cuffless monitoring of arterial blood pressure via graphene bioimpedance tattoos”的研究成果（圖1）[1]。研究發(fā)現(xiàn)可導(dǎo)電的石墨烯電子紋身可持續(xù)收集皮膚傳導(dǎo)的小電流，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析血壓結(jié)果；測量血壓準(zhǔn)確性較高，誤差：收縮壓為0.2±5.8 mmHg，舒張壓為0.2±4.5 mmHg，平均動脈壓力為0.1±5.3 mmHg；石墨烯的薄層會牢牢粘在皮膚上，不會四處滑動，可避免“偽影”數(shù)據(jù)；石墨烯電子紋身可以在皮膚上佩戴大約一周。
圖1 研究成果（圖源：[1]） 在非臨床（動態(tài)）環(huán)境中持續(xù)監(jiān)測動脈血壓（Blood pressure，BP）對于了解人體多種健康狀況至關(guān)重要。醫(yī)生依靠袖帶血壓計測量收縮壓（Systolic BP，SBP）、舒張壓（Diastolic，DBP）和平均動脈（Mean arterial pressure，MAP）血壓的瞬間值。然而，人體血壓全天波動很大，且與個人行為、日常習(xí)慣和生活方式等相關(guān)，因此必須持續(xù)定期監(jiān)測患者的血壓，及時對高血壓預(yù)警和預(yù)后護(hù)理。 此項研究介紹了一個使用原子級薄石墨烯電子紋身（graphene electronic tattoos，GETs）和生物阻抗（Bioimpedance，Bio-Z）作為測量模式的BP測量數(shù)據(jù)集。該石墨烯紋身使用了高質(zhì)量CVD（Chemical Vapor Deposition）石墨烯，并在超薄的200 nm聚甲基丙烯酸甲酯層上制造。石墨烯是一種類似于石墨鉛筆內(nèi)部的碳，這種材料是導(dǎo)電的，電子紋身位于一種粘性、有彈性的材料中，包裹著傳感器，長時間佩戴舒適且不會滑動。這意味著它可以通過皮膚傳導(dǎo)小電流，并且，這種電子紋身會牢牢粘在皮膚上。通過Hioki LCR IM3536 研究石墨烯-皮膚阻抗，并從手腕上的橈動脈和尺動脈測量Bio-Z。 該設(shè)備通過將電流射入皮膚然后分析身體的反應(yīng)（稱為生物阻抗）來進(jìn)行測量。生物阻抗與血壓變化之間存在相關(guān)性，血壓變化與血容量變化有關(guān)。然而，相關(guān)性并不是特別明顯，因此該團(tuán)隊創(chuàng)建了一個機(jī)器學(xué)習(xí)模型來分析這種聯(lián)系以獲得準(zhǔn)確的血壓讀數(shù)。一旦石墨烯薄層捕獲原始數(shù)據(jù)，機(jī)器學(xué)習(xí)算法就會解釋信息并以mmHg（用于測量血壓的單位）提供結(jié)果。使用機(jī)器學(xué)習(xí)回歸模型將記錄的生物阻抗與BP相關(guān)聯(lián)，從而構(gòu)建BP監(jiān)測數(shù)據(jù)庫平臺。這個數(shù)據(jù)庫將4通道GET生物阻抗信號與BP和PPG（Photo Plethysmo Graphy）信號共享原始時間數(shù)據(jù)（圖2）。GET用于監(jiān)測個體（n=7）的動脈血壓，每個個體持續(xù)300多分鐘。在實驗過程中，使用醫(yī)療級血壓監(jiān)測設(shè)備Finapres NOVA測量受試者血壓作為對照。試驗中，每位參與者均接受了4±1小時的連續(xù)血壓監(jiān)測，進(jìn)行了約2500±600次BP測量，獲得18667個數(shù)據(jù)點（表1）。
圖2 石墨烯電子紋身工作原理（圖源：[2]） 表1 受試者編號、數(shù)據(jù)收集日期、實驗持續(xù)時間和在實驗中完成活動的所有數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)來源：[1]∣制表：生物探索編輯團(tuán)隊 注：1、Hand Grip Cold Pressor（HGCP）：受試者進(jìn)行握力運(yùn)動3分鐘，緩慢抬高DBP和SBP，然后將手放入冰冷的水桶（cold pressor，CP）中1分鐘，以確保BP首先變得更高，然后在4分鐘的休息時間里非常緩慢地下降。 研究結(jié)果表明石墨烯電子紋身測量血壓準(zhǔn)確性較高，誤差：收縮壓為0.2±5.8 mmHg，舒張壓為0.2±4.5 mmHg，平均動脈壓力為0.1±5.3 mmHg。該研究的合作者德克薩斯大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程教授Roozbeh Jafari博士表示“我們不經(jīng)常測量血壓是因為受到血壓監(jiān)測設(shè)備的局限，我們也無法準(zhǔn)確了解身體血壓狀況。用于紋身的傳感器很小巧，重量輕到無感。你甚至看不到它，它也不會動，且可以在運(yùn)動、睡覺、工作和就餐等不同情境下保持正常運(yùn)行。但是，你需要將傳感器保持在同一個地方，因為如果你移動它，測量結(jié)果就會不同。有了這項新技術(shù)，我們將有機(jī)會了解我們的血壓在白天是如何波動的，將能夠量化血壓對我們身體的影響。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，無袖帶血壓監(jiān)測是“圣杯”，目前市場上還沒有可行的解決方案。使用電子紋身技術(shù)將患者從機(jī)器中解脫出來，可實現(xiàn)在任何地方都能收集血壓數(shù)據(jù)。醫(yī)生根據(jù)連續(xù)血壓數(shù)據(jù)結(jié)果，對患者進(jìn)行個性化護(hù)理，這將推動醫(yī)學(xué)進(jìn)步。”該研究的另一合作者Deji Akinwande博士表示“電子紋身監(jiān)測到的數(shù)據(jù)可以創(chuàng)建一個數(shù)字孿生模型將人體指標(biāo)數(shù)據(jù)化，記錄和預(yù)測隨著時間的推移，人體可能對治療做出反應(yīng)。每個人都可以從了解他們的血壓記錄中受益，這不僅適用于有高血壓風(fēng)險的人，也適用于其他人主動監(jiān)測個人的健康、壓力和其他因素?！?/p> Akinwande的團(tuán)隊正在開發(fā)第二代電子紋身，預(yù)計將在未來5年內(nèi)推出。第二代電子紋身體積將更小，且使用藍(lán)牙技術(shù)和近場通信（Near-field communication，NFC）傳輸數(shù)據(jù)，并與為其供電的智能手表和手機(jī)兼容。用于持續(xù)血壓監(jiān)測的電子紋身即將進(jìn)行臨床試驗，并在不久之后成為主流。 撰文|文競擇 參考資料： |
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