高精度径向脉搏波压平张力计设备评估系统的开发

为何手腕脉搏在家中也重要

在手腕处测量脉搏不再局限于医生诊室。智能手表和其他可穿戴设备现在可以全天候追踪心律。但在将这些设备用于健康判断之前，工程师需要在真实且可重复的条件下对它们进行测试。本研究介绍了一个实验室制作的“人造手腕”，它可以精确模拟人体脉搏波，从而公平评估并精细调校测脉设备。

构建逼真的仿真手腕

研究团队着手弥补快速发展的可穿戴技术与缺乏可靠测试工具之间的空白。国际规范已描述电子径向脉搏设备应达到的准确度，包括对血压变化和心率的测量能力。但过去没有单一测试平台能够在检验所有这些性能目标的同时再现逼真的手腕脉搏。为了解决这一问题，团队设计了一个高精度评估系统，整合了四个主要部分：模拟设备对皮肤施压的按压单元、中央控制箱、带有人造皮肤和动脉的手腕模型，以及驱动假血管的脉搏发生器。

脉搏模拟器的工作原理

系统的核心是一只三维凸轮——一个通过形状控制每次心跳时压力如何升降的旋转部件。通过横向移动该凸轮并改变其转速，机器可以同时调整脉搏波的强度和时序，就像不同的心脏和血压在真实生活中表现的那样。一种巧妙的“双容积”设计将缓慢的背景压力（如心跳间期的稳态血压）与形成每次搏动的尖锐压力峰分离开来。大型流体腔室设定基准压力，而与凸轮紧密耦合的小型腔室则微调脉搏峰值。该结构使设备能够在覆盖广泛条件的同时仍保持快速且平滑的响应。

模拟骨骼、皮肤与血管

为了测试真实设备，团队需要的不仅是运动的液体，还要一个类似于手臂的结构。他们的手腕单元包括代表骨骼的刚性构件、模拟皮肤和组织的软硅胶层，以及作为径向动脉替代的弹性管道。可更换的仿真动脉具有不同直径和刚度，让研究者研究血管大小与硬度如何影响传感器检测到的信号。埋在“骨骼”下方的力传感器用于测量设备对皮肤施加的压力，而流体内部的压力传感器则记录真实的基压和脉搏峰值。这些元件共同构成了一个受控但出乎意料地逼真的人体手腕替代体。

对系统进行检验

作者们严格检验了人造手腕能否保持稳定设置并反复重现。他们改变了脉搏强度、背景压力、心率以及模拟设备施加的向下压力，然后对每组测试进行了多次重复。在这些试验中，系统将施加压力、脉搏幅度和脉搏速率保持在距离目标值仅数百分点的范围内。它可以产生约20到200多次每分钟的心率，并覆盖从低到高的生理基压范围。脉搏波形的形状也保持高度一致，这对那些分析波形细节而不仅仅计数搏动的设备来说尤为重要。

这对未来可穿戴设备意味着什么

简而言之，研究人员打造了一个精确的“测试台”，用于手腕式脉搏传感器，其行为比旧有模拟器更接近真实人类手腕。由于它能够在严格控制的设定下重现逼真的脉搏波并且变异性低，该平台为比较设备、校准以及探索不同血管或组织属性如何影响读数提供了可靠方法。这类标准化测试是让日常可穿戴监测器在追踪心血管健康方面更可靠的重要一步。

引用: Jun, MH., Choy, S. & Kim, YM. Development of a high-precision evaluation system for radial pulse wave applanation tonometry devices. Sci Rep 16, 15598 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45661-4

关键词: 径向脉搏, 可穿戴传感器, 压平张力计, 脉搏波模拟器, 心血管监测