加州理工学院团队开发了第一种持续测量真实血压的无创方法

　　这种新设备利用声波从血管中收集血压数据，并用超声波监测反应。这项新技术被称为共振声压测量法，有望在家庭、医院甚至偏远地区实现更好的生命体征监测。

　　

加州理工学院的一个多学科研究小组解决了一个存在了几十年的问题，他们找到了一种无创、连续测量身体任何部位血压的方法，几乎不会对患者造成干扰。一种基于新技术的设备有望在家庭、医院甚至资源有限的偏远地区实现更好的生命体征监测。 

这项新的专利技术被称为共振测声仪，它使用声波轻轻刺激动脉的共振，然后使用超声波成像来测量动脉的共振频率，从而达到真正的血压测量。在一项小型临床研究中，该设备给患者的皮肤带来轻微的嗡嗡声，产生的结果类似于使用标准护理血压袖带获得的结果。 

“我们最终得到了一种能够测量绝对血压的设备，不仅是我们习惯从血压袖带中得到的收缩压和舒张压数字，而且是完整的波形，有了这个设备，你可以连续测量身体不同部位的血压，给你更多关于一个人血压的信息。” 

Aditya Rajagopal(2008届学士，2014届博士)是加州理工学院电子工程的客座副教授，南加州大学生物医学工程的研究助理教授，也是这篇新论文的合著者之一，他说:“这个团队已经工作了近十年，试图制造出一些与众不同的东西，足以解决真正的临床问题。”包括苹果(Apple)和谷歌(Google)等科技巨头在内的许多公司都在努力开发这样的解决方案，因为它可以实现从医院到家庭的一系列患者监控。我们的方法拓宽了医院级血压和心脏健康指标监测的途径。” 

血压101 

血压就是当血液被泵送到全身各处时，对血管壁施加的压力。高血压与心脏病发作、中风、慢性肾脏疾病和其他健康问题的风险有关。低血压也可能是一个严重的问题，因为这意味着血液没有向器官输送足够的氧气。定期测量血压被认为是监测整体健康状况和发现潜在问题的最佳方法之一。 

我们大多数人都经历过袖口式的血压测量。护士、医生或机器给环绕上臂的袖带充气，直到血液不再流动，然后慢慢地从袖带中释放空气，同时倾听血液再次开始流动时发出的声音。袖带在这一点上的压力与病人动脉的血压相对应。但这项技术有局限性:它只能定期进行，因为它需要阻塞血管，而且只能从手臂收集数据。 

医生们非常希望有连续的读数，提供病人血压的完整波形，不仅是来自手臂的外围测量，还有来自胸部和身体其他部位的中心测量。为了获得所需的全部信息，重症监护内科医生和外科医生有时会将导管直接插入危重病人的动脉中(这种做法被称为放置动脉导管，或“a线”)。这是侵入性的，可能有风险，但到目前为止，这是获得持续真实血压读数的唯一方法。在某些情况下，比如心脏瓣膜的问题，完整的血压波形可以为医生提供他们无法通过其他方式获得的诊断信息。 

“波形中有很多非常有价值的信息，”加州理工学院电子工程访问助理、急诊医师、论文合著者阿莱娜·布林利·拉贾戈帕尔说。她说，过去一二十年开发的其他血压设备需要校准步骤，急诊医生根本没有时间。“我需要能够把一些东西放在病人身上，并立即起作用。” 

这种新设备符合要求。目前的原型机是由一家名为埃斯珀托医疗(Esperto Medical)的衍生公司制造和测试的，它被安置在一个比一副纸牌还小的传感器盒里，并被安装在一个臂章上，不过研究人员说，它最终可以装在一个手表或贴片大小的包装里。该团队的目标是首先在医院使用该设备，通过电线连接到现有的医院监视器。这可能意味着医生将不再需要权衡放置a线的风险，以便对任何病人的真实血压进行持续监测。 

布林利说，他们的设备最终也可以取代血压计。Brinley Rajagopal说:“血压计每次只测量一次，所以如果你让病人在家监测血压，他们必须知道如何使用这个设备，他们必须戴上它，他们必须有动力去记录信息，我想说大多数病人都不这样做。”“有了像我们这样的设备，你可以把它放在那里，然后忘记，你可以整天戴着它，它可以进行任何你的医生想要的测量，这将允许更好、更精确地给药。” 

开发游戏改变者 

拉贾戈帕尔回忆说，为了实现这一目标，他走过了漫长的道路。大约十年前，布林利·拉贾戈帕尔(Brinley Rajagopal)从一次全球健康之旅回来，她为偏远地区的病人提供的护理标准令她感到非常沮丧。在与Rajagopal交谈时，两人希望他们能发明一种像医用三录仪那样的东西，一种在《星际迷航》中出现的手持设备，可以帮助未来的虚构医生扫描病人，收集医疗信息并进行诊断。Brinley Rajagopal说:“这让我们开始思考我们可以采用的技术，让我们更接近这样的目标。”这些最初受科幻启发的讨论最终引导他们走上了尝试开发更好的血压监测仪的道路。 

但他们最初的努力并没有成功。多年来，研究小组一直在寻找一种可能的解决方案，即利用血液流速来获得血压，但他们认为他们已经进入了死胡同。与目前许多其他的血压监测设备一样，这种方法只能提供相对血压，即高和低测量值之间的差异，而不能提供绝对数值。它还需要校准。 

重新开始 

Rajagopal决定是时候重新评估并确定他们是否有机会解决这个问题。Rajagopal说:“正是在这绝望的时刻，我才真正领悟到了关键。” 

回想起他在加州理工学院的第一年物理课，他开始在附近的一面墙上涂鸦。他记得他的物理课本上有一个典型的问题:你有一根受压的弦。你怎么知道这条线有多紧?如果你用镊子夹住弦，你可以将振动波在弦上来回传播的速度与弦上的共振频率联系起来，这就能给出答案。拉贾戈帕尔说:“我想，如果我能在一个方向拉伸动脉，然后神奇地用镊子夹住它，然后放开它，铃声就会给我们带来共振频率，从而让我们测量血压。”经过六年的失败和回归基本原则，他们终于有了自己的指导思想。 

事实上，这就是新设备背后的潜在想法:就像吉他在被拉紧的时候会改变音高一样，动脉在受到声波撞击时产生共鸣的频率会随着它所含血液的压力而变化。

这种共振频率可以用超声波测量，从而测量血压。这种测量需要三个参数——测量动脉的半径，动脉壁的厚度，动脉皮肤的张力或能量。

 物理学解决了之后，还有很多其他细节需要解决——识别使动脉产生共鸣的声波，了解如何测量这种共鸣，然后决定如何有效地将其映射到血压上，更重要的是，如何建立一个工作系统。 

“建立这个系统需要一些特别定制的技术，”Rajagopal说。加州理工学院的校友雷蒙德·希门尼斯(13届学士)在建立第一个系统方面发挥了重要作用。“这种艺术形式涉及到加州理工学院的许多其他校友，他们把物理学的答案放在一个非常简单、实用的仪器上。”

 由此产生的Esperto装置体积小、无创、相对便宜，而且它有一种自动定位病人血管的方法，而不需要重新定位。它也不存在一些血压监测设备存在的问题，比如对低血压患者不准确，或者根据患者的肤色得出不同的结果。 

它可能不是医用三录仪，但该团队表示，该设备解决了长期存在的血压监测问题。Rajagopal说，这是一百万次小飞跃的产物。他说:“我们所做的一切都是我们长期以来所犯错误的产物，其他人也做过同样的工作。” 

加州理工学院首席创新和企业合作官弗雷德·法里纳说:“这项工作象征着加州理工学院的非凡之处:通过回归基本原理和从基本层面理解物理现象来解决一个非常困难的问题。”“这种方法，加上团队的坚韧和创业动力，是我们对社会影响和改善人们生活的自制配方。”