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智能手表发展十余年,为何尚未普及血压检测功能?

发布时间:2023-12-03 03:10:02源自:http://www.sporj.com阅读

在深入探讨任何健康主题之前,需要先理解一些基本概念。比如,什么是血压?它是如何产生的呢?虽然这个问题看似简单,但实际上涉及到了循环系统、心血管健康等多个复杂因素。因此,在讨论这个话题之前,我们需要从最基本的知识入手。

本文将简要介绍一下测量血压的难题。血压是从哪里来的呢?我们从基础问题开始,什么是血压以及它是如何产生的。与我们在少数派上介绍的其他健康概念相比,血压更容易理解。我们可以正常生存下来,其中一个重要因素就是循环系统存在。而这个系统中,主要由血液、心脏和全身血管组成的循环系统起着重要的作用。当血液带着各器官所需的营养物质和废物时,心脏作为泵将血液推向正确的方向,沿着血管循环一周后再次返回心脏,进行新一轮循环。在这个过程中,任何一个环节的错误都可能导致不同程度的问题。

就像水中的气泡一样,容器内的液体会对容器壁产生压力。血液也是一样。循环系统的血管可以大致看作一个密闭容器,血液在其中存放,因此也具有一定的压力。但是,仅有的静压力是不够的,我们需要让血液流动起来——每次心脏收缩都是在向血液施加一定的压力,以使其正常流动。这样额外的压力也会传递到容器壁,也就是我们的血管上,共同构成了“血压”——单位时间内血管壁受到的来自血液的压力(压强)。

血管分为动脉、静脉和毛细血管,而血压这个概念同样适用于不同的血管类型。我们通常认为,在上臂测得的肱动脉压是指血压。血压计的袖套上通常会标明测量的具体位置。在这一收缩过程中,出现的最高血压被称为“收缩压”,也就是俗称的高压。而在心室舒张期,血液不会停止流动,动脉血管通过弹性回缩,推动血液继续向前,此时到达的最低值称为“舒张压”,也就是俗称的低压。从这里我们可以看出,一个血压值的变动可能与多种因素有关,包括心脏泵血能力的变化、外周血管的弹性、循环内血液的量以及量血压时的体位等。

关于高血压的相关内容,可以在下面的文章中找到更多信息:《解读成年人的期末考试——体检报告自查指南》01(心肺篇)、《心动的信号:人的心脏为什么会跳动?》、《高血压有哪些危害?一文全部告诉你》、《让认知成为改变的第一步:年轻人如何远离高血压》、《血压计如何测量血压?最简单也最直白的方法:血压既然是血液施加在血管壁上的压强,那直接在血管壁上贴个压力传感器,是不是就行了?》。

我们通常采用的是对血压的间接测量,而非直接测量。常用的设备有电子血压计和水银血压计。其中,袖套式水银血压计是一种较为经典的类型,它的发明和改进已经有一百多年的历史,同时也确定了血压测定的通用单位mmHg毫米汞柱。在使用水银血压计时,需要注意正确地套上袖套并确保其紧密贴合上臂。

在进行血压测量时,通常会将一个袖带环绕在待测者的上臂,袖带下缘距离肘窝约为2-3厘米。然后将袖带充气,直至压迫到肱动脉的搏动完全消失。在搏动处放置听诊器,再逐步充气约30毫米汞柱后,开始缓慢放气。此时就是考验检测者听力的时候了。

随着缓慢放气,当血管内的压力超过外部施加的压力时,血液会冲开被压瘪的动脉,并在听诊器中听到清晰的声音。这个声音对应的水银柱读数即为收缩压。接着继续放气,听诊器内会持续听到由血液在部分开放的动脉中形成的湍流产生的声音。当压力降至这种特殊声音突然变得低沉或消失时,表示对肱动脉的压迫已解除,此时的读数即为舒张压。

电子血压计的工作原理与传统血压计类似,但采用了相对较为客观的压力传感器探测方法(示波法),即通过记录动脉压力的波动与变化,得出血压读数。

对于忙碌的年轻人而言,购买家庭血压计的问题并非“是否能够承担”,而是很多人可能从未考虑过购买或者忘记使用(即使有医生的建议,也可能忽视监测)。此外,购买医疗设备如血压计可能会带来一定的心理压力。

因此,在智能可穿戴设备广泛普及且价格日益亲民的今天,我们为何不尝试让已经占据手腕市场的设备承担起更多功能,如同时测量血压等,以减少不必要的设备浪费。

看起来内容还比较合理,之前提到的原理也能应用。但为什么至今也没有出现什么具有代表性的产品呢?我们要谈到电子血压计的内在限制:算法。在上一节中,我们提到电子血压计使用了压力传感器,记录的是动脉压力信号的振荡。如何将这种信号转换为可读的血压数值,就需要依靠各个血压计制造商自家的专利算法。例如,当提到电子血压计时,人们第一时间想到的往往是欧姆龙、鱼跃、爱安德等老式器械厂家。一方面是因为他们经营历史悠久、产品丰富,另一方面也是因为他们经过多年的数据积累和改进算法,确保了产品的准确性。简而言之,这并非仅凭硬件就能实现的领域。

智能穿戴设备也不是任何企业都能轻易涉足的——与手机的兼容性、软件生态系统、长期佩戴体验以及外观设计等,这些都是研究和开发过程中需要投入大量精力的挑战。医疗设备制造商在这方面缺乏足够的经验积累,而智能设备制造商在医疗算法方面也缺乏坚实的基础。以欧姆龙HeartGuide为例,它虽然被广泛认为是“智能手表”,但其整体使用体验折算后,实际上只是一个具备时间和能量消耗等指标的手腕血压计,能够实现的基本“智能”功能也只有接收来电通知。尽管有一些 HeartGuide 产品在两个方面表现优秀,如华为在 2021年底发布的HUAWEI WATCH D,它在手表设计和功能上都有出色的表现。

一样,我们的产品配备了气囊与气泵,严格按照医疗器械标准制作(并已通过二类医疗器械的注册)。相较于欧姆龙,我们在智能穿戴设备方面有着更多的经验,使得整体使用体验更为优秀,至少它符合我们日常对于“智能手表”的概念。然而,你在日常生活中见过多少人佩戴华为Watch D这款智能手表呢?这就要提到智能手表进行血压测量的另一个限制。对于具有配饰性质的智能手表来说,若采用腕带式测量方法,就必须使用官方标配的表带。此外,为了确保血压测量的准确性,或者尽可能减少手腕测量带来的偏差,表带的材质、尺寸受到限制,舒适度也因此受到影响——例如,你可能无法使用过于柔软的编织表带。因此,为了让手腕多一层难以去除的气囊,以便进行血压测量,人们是否愿意做出这样的妥协,这也是一个未知数。那有没有办法在不使用专业设备的情况下测量血压呢?事实上,有一些人在研究如何绕过气囊压迫进行血压测量的方法。如果你使用过三星的智能手表,你就会发现它们早在很久以前就已经推出了血压检测功能。他们采用的是几乎所有智能手表都配备的PPG(光电容积脉搏波描记法传感器)。关于这个传感器的作用和功能,我们之前也有所介绍,具体内容可以参考:Apple Watch房颤功能再迎升级,手腕上的心脏检测有多靠谱?手腕上的「心率检测」靠谱吗?智能手表能帮助你了解哪些数据?

它的主要作用是通过探测组织反射的光,分析出此时流经皮下的血液的血氧饱和度和脉搏波的变化,从而推断出心率和心律等信息。三星采用的方案是利用两个光感知(PPG)传感器来绘制图像差异,以获得脉搏传导时间(PTT),这是一个与血管弹性相关的数值。在两个光感知测量点距离已知且确定的情况下,PTT的变化会与血压的变化呈线性关系。通过使用前的校准、以及对用户个人身体数据与数据库的对比,可以得到一个大致的相关系数,从而估算出大致的脉压,进而计算出血压值。这种方案不仅可以减少额外的设备需求,还能完成腕带式检测无法实现的连续血压监测任务。

然而,这种检测方法也存在一些限制,其中之一便是准确性问题。由于它涉及到连续检测和大量推算,因此每隔一段时间就需要对血压值进行校准。然而,由于需要将手腕测得的数据逐步转换为日常使用的、可参考的肱动脉血压,任何小的误差都可能导致巨大的偏差。相较于电子血压计每年只需校准一次的建议,这种方法需要更频繁的校准,例如三星建议使用者每四周就需要与臂带式血压计进行一次校准。实际上,这种做法得到的血压值误差可能会远超可接受的范围。正如我在之前的文章中所提到的,尽管光感知技术具有许多优点,但准确性的问题仍然无法避免。

传感器精度受外界影响较大,如环境光、加速度等,可能导致数值不准确。因此,当前这类设备的更大意义在于提示血压的突然变化,而非准确测量血压值。若要提高精度,可以通过增加两个PPG传感器之间的距离来实现,但这对于一个小巧的表来说空间有限,增加幅度有限。此外,即使采用了气囊式血压计的WATCH D与HeartGuide,由于手腕动脉较细且距离肱动脉较远,测得的数值会与肱动脉压有所不同,其可靠性也较低。

这些设备与采用PPG的技术设备一样,在引导使用时都需要遵循特定的体位,并保持平静。实际上,即使是医疗级别的设备,体位与平静也是必要的操作要求。测量血压的过程中可能会受到多种因素的影响,从而导致读数偏差,例如体位、臂带充气引起的血压升高、臂带尺寸、以及采集位置等。另外,即使是相同类型的家庭血压计,腕式测量的数据可信度也可能低于臂带式测量的数据。

与心率相比,血压的正常波动范围较小,高或低几毫米汞柱就可能对健康产生显著影响。因此,即使多次测量心率出现误差也不会对心率产生严重影响,但血压的微小变化可能导致严重的健康问题。要稳定、准确地测量具有医学意义的血压值,仍需依赖经过专业的医护人员和具有临床级别的设备,以及定期校准的仪器。这表明,尽管多年发展,我们仍然难以摆脱那个充满气体的气囊。

在众多的因素累积下,智能手表的血压检测仍然只是一个噱头般的作用。虽然许多品牌声称正在开发这个功能,但实际应用时仍需要电子血压计的辅助。如果没有一台血压计,又有多少人会定期前往社区卫生中心或店进行校准呢?尽管厂商们一直在努力改进这种情况。一些公司正在与健康研究机构合作,寻找更符合实际情况的参数;一些公司与传感器制造商合作,提高传感器的精度;还有一些公司试图从其他生理值和传感器入手,探索转换血压的新方法。但是,这些研究何时能够取得成果、何时能够达到足够的准确度,甚至何时能够完全独立于标准电子血压计,目前还无法确定。近年来,不时传出苹果将在下一代产品中加入血压检测的消息,尤其是今年关于Apple Watch X的传言,使得这一说法似乎不再那么虚幻。我们期待着明年能否实现这样的目标,让血压检测就像其他传感器一样,可以通过简单的操作轻松完成。

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