據麥姆斯咨詢報道，近日，美國加州大學圣地亞哥分校（UC San Diego）的研究團隊在Scientific Reports期刊上發表了題為“Ultra-low-cost mechanical smartphone attachment for no-calibration blood pressure measurement”的論文，提出了一種超低成本的家用血壓監測方案，利用一種彈簧支撐裝置的塑料“夾子”使得帶有LED閃光燈和攝像頭的智能手機能夠測量血壓。本文提出的手機附件“BPClip”系統利用示波法在指尖測量血壓，無需針對每個用戶進行校準。

高血壓——定義為收縮壓（SBP）≥ 130 mmHg和/或舒張壓（DBP）≥ 80 mmHg，在美國影響著45%以上的成年人，其患病率隨著年齡的增長而增加，是就診和使用慢性處方藥的最常見病因。高血壓仍然是全球過早死亡和殘疾的主要原因（可預防），每年造成近800萬人死亡，預計到2025年，高血壓將增加60%，影響全球16億成年人。

低成本血壓（BP）監測儀可以產生重大影響的關鍵領域是低收入和/或弱勢群體。這些群體往往在獲得醫療保健服務方面面臨障礙，這可能導致缺乏預防保健并增加患高血壓等慢性病的風險。為此，研究人員開發了一些新的方法使血壓監測更容易獲得和負擔得起，以使血壓可在傳統診所之外進行測量，還可以促進以社區為基礎的高血壓管理方法，這些方法被證明對弱勢群體有效。

本項研究工作提出了一種超低成本的家用血壓監測方案，利用彈簧支撐裝置的塑料“夾子”使得帶有LED閃光燈和攝像頭的智能手機能夠測量血壓。所提出的系統被稱為BPClip，其科學原理是利用示波法在指尖測量血壓。為了使智能手機能夠測量施加在手指動脈上的壓力，當用戶加大力度按下夾子時，一個可移動的針孔投影會向攝像頭靠近。當用戶以更大的力按壓設備時，彈簧支撐裝置會壓縮。因此，針孔的大小可以對施加到指尖的壓力進行編碼。同時，針孔投影的亮度波動與動脈脈搏振幅相關。通過利用內置攝像頭捕捉針孔投影的大小和亮度，智能手機只需一個低成本的塑料夾子和一個應用程序（App）就可以測量用戶的血壓。

與之前的方法不同，與基于脈搏傳輸時間和脈搏波分析的血壓監測解決方案相比，該系統不需要進行用戶特定校準的血壓袖帶測量。該解決方案也不需要配備定制傳感器的特種智能手機。早期的可行性研究表明，在一項有N = 29名收縮壓范圍在88至157 mmHg的參與者的驗證研究中，BPClip系統對收縮壓和舒張壓的平均絕對誤差（MAE）分別為8.72和5.49。在一項成本估算研究中，在1000個單位的小批量制造中，研究人員證實材料成本為0.80美元，這表明在大規模量產時，與現有的基于袖帶的血壓管理監測儀相比，提出的BPClip系統可以以非常低的成本生產。

與傳統的基于袖帶的自動血壓監測儀類似，提出的BPClip系統利用示波法測量血壓。因此，BPClip系統不需要針對每個用戶進行校準。示波法根據動脈周圍外部壓力變化時每次心跳的血容量振蕩變化來計算血壓。通常情況下，自動血壓監測儀在利用壓力傳感器感知壓力和血容量振蕩的同時，對動脈施加越來越大的外部壓力（圖1A）。圖1B是使用典型的自動袖帶設備收集的數據示例。脈搏圖的包絡形狀構成了一個振蕩圖，并被用于計算血壓。

圖1 系統概述：使用指尖示波法計算血壓

在基于智能手機夾子的BPClip系統中，研究人員利用任意現代智能手機上都可以找到的硬件和計算能力，通過將3D打印附件安裝到智能手機的攝像頭上，利用示波法測量血壓。使用BPClip時，用戶左手水平握住手機，并用右手食指按下彈簧夾子（圖1C）。然后，用戶根據自定義智能手機用戶界面的提示，將手指施加的力調整為一系列不同的大小（圖1D）。施加在指尖上的壓力是根據彈簧支撐附件在被壓縮時的位移來計算的，這反映在智能手機攝像頭圖像上的圓形針孔投影的大小上（圖1D）。在較高的施加壓力下，針孔更靠近攝像頭，從而形成更大的投影。血容量振蕩通過針孔投影的亮度進行檢測。

BPClip由一個智能手機附件和一個安卓（Android）應用程序組成。3D打印的附件包括一個固定在手機上的底座夾、一個手指按壓的可移動按壓平臺和一個夾在中間的壓縮彈簧（圖2）。

圖2 原型組件圖：硬件原型的詳細信息

使用BPClip時，用戶將手機左手橫持，右手食指放在突起處，右手拇指放在夾子的基座上。為確保攝像頭能夠通過針孔檢測到來自掌弓橫動脈的光電容積脈搏波（PPG）信號，用戶將指甲根部與距離夾子中心2 mm的凹口對齊，并將手指的長度方向與夾子的長軸平行對齊（圖3A）。為了消除流體靜力效應，用戶需將手機保持在心臟水平高度，雙腿不交叉，并在整個測量過程中保持直立姿勢，類似于使用基于袖帶的血壓測量的標準協議（圖3B）。用戶在屏幕上可視化指示的指導下，逐步增加施加在BPClip上的壓力（圖3C）。

圖3 使用BPClip系統測量血壓的操作說明

本文提出的方法的一個關鍵是超低成本的設計。由于該裝置僅依靠彈簧進行力感應，并采用無透鏡光學設計與智能手機配對，因此該BPClip僅需要可大規模制造的機械部件。目前，在1000個單位的小批量制造中，每個BPClip系統的材料成本都低于1美元。即使在小批量的情況下，BPClip系統也比任意商業血壓監測儀便宜得多。由于大部分成本來自3D打印塑料，該成本將隨著注塑成型和批量部件成本的降低而顯著降低。

研究人員通過收集24名收縮壓在80-156 mmHg之間、舒張壓在57-97 mmHg之間的用戶的數據對BPClip的精度進行了驗證。圖4顯示了收縮壓、平均血壓和舒張壓測量值的相關性和Bland-Altman圖。BPClip測量的收縮壓、平均壓和舒張壓的平均絕對誤差分別為8.7 ± 10.0、8.4 ± 10.3和5.5 ± 7.0 mmHg，偏差分別為1.72、0.79和0.3 mmHg。

圖4 BPClip血壓測量的精度

因為使用BPClip需要用戶的主動交互，所以研究人員分析了用戶完成一次測量所需的時間。每個測試花費的時間是根據每個參與者的元數據（metadata）計算的。如果用戶在每個級別上都不重復測量，并且每個級別需要7秒，那么用戶完成一次測量的最短可能時間約為140秒。

綜上所述，本研究提出了一種使血壓監測大眾化的解決方案，該方案利用一種超低成本的只需幾美分即可大規模生產的塑料“夾子”將智能手機（即使是便宜的千元機）攝像頭轉化為血壓監測儀，目前原型的材料成本在小批量制造時不到1美元，但如果大規模量產，預計血壓監測儀的成本將會更低。
責任編輯：彭菁