我们在少数派讨论过高血压的危害与血压监测的重要性。随着生活方式的改变,高血压等慢性病的发病逐渐年轻化,越来越多的打工族开始关注自己的健康情况,并希望用更「日常」的设备监测。智能手表、手环与相关传感器的平价普及,让非常成熟的睡眠监测、心率监测、运动监测都成了标配。那么,虽然市面上已经有了相关产品,血压计这种非侵入式设备也已经非常成熟,为什么血压检测还是没能成为智能手表的标配呢?

这篇文章,我们简单聊聊量血压的麻烦。

血压从何而来?

我们依旧从基础的问题聊起,什么是血压,以及它是从何而来。

和之前在少数派介绍过的种种健康概念相比,血压就比较好理解了。我们能正常活着,其中很重要的因素是「循环系统」的存在。而其中,占主要部分的是由血液、心脏与全身血管组成的心血管系统。在正常运作时,血液带着各器官的营养物质与废料,心脏作为泵,把血液朝着正确的方向顺血管往前推,在体内绕行一圈,再回到心脏开始新一轮循环。这个过程中,任何一环的错漏都会带来或大或小的问题。

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Likeaquarius 翻译自 LadyofHats

初中物理说过,容器内的液体会给容器壁压力。血液也是一样。整个循环系统的血管可以很大概地看作一个密闭容器,血液盛放在里面,自然有一定的压力。但只有这样的静压力是不够的,我们还需要让血液流动起来——心脏每一次收缩,就是在给血液施加一定的压力,让它们正常流动。这样额外的压力也会传达到容器壁,也就是我们的血管上,共同构成了「血压」——单位面积血管壁受到的来自血液的压力(压强)。

血管分动脉、静脉、毛细血管,血压这个概念本身也是分不同血管的,我们通常默认量的「血压」指的是在上臂测得的肱动脉压

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血压计的袖套上一般都会这样标注位置

在这一收缩过程中,出现的血压的最大值就是「收缩压」,俗称高压。而在心室舒张期,血液也不会停止流动,刚刚被大压力冲得扩张的动脉血管靠弹性回缩,这个回缩的力推着血液继续向前,在舒张期的末期,到达的最低值记为「舒张压」,俗称低压。

从这里我们就能看出,一个血压值的变动,背后可以是多种因素的综合表现。心脏泵血能力的变化、外周血管的弹性、循环内血液的量、量血压时的体位等等,都会影响血压。当然,这些不是我们本次讨论的重点,有关高血压的更多内容,可以参看下面几篇文章:

血压计如何测量血压?

现在我们知道了,关注血压变化非常重要,它可以帮助我们从侧面了解身体发生的变化,提示我们防患未然(或者亡羊补牢)。那么,怎么才能测到血压呢?

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?

——确实,这么测血压不光能体现即时变化,还非常准。唯一的问题就是,一般人谁也遭不住平常测个血压,还要冒着感染、血栓等等多余的风险在动脉上造个伤口插个管。所以需要开口探进血管的有创测量一般用于危重病人手术中的血压监测,只有这种需要即时关注某部位血压变化的情况才会用上。

我们一般采用的,都是对血压的间接测量,比较常用的设备是电子血压计与水银血压计。

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袖套式水银血压计

水银血压计是比较经典的种类,发明并改进至目前的形式已经一百来年,它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,一般会将一个袖带围在待测者的上臂,袖带下缘距肘窝约 2~3 cm,使给袖带充气,直到它压迫到肱动脉搏动完全消失,在搏动处放好听诊器胸件,再多充气约 30 mmHg 后,开始缓慢放气。

接下来就是考验检测者听力的时间了。随着缓慢放气,当血管内压力超过外部施加的压力时,血液会冲开被压瘪的动脉,并在听诊器中听到明确的声音。这第一个声音对应的水银柱读数就是收缩压。随后继续放气,听诊器内会持续听到不断变化的、来自血液在部分打开的动脉中形成湍流的声音。当压力下降到这种特殊声音突然变低沉或消失时,说明对肱动脉的压迫解除,此时的读数就是舒张压。

水银血压计读数被视为血压测量的「金标准」,只是一方面,水银血压计有潜在的汞中毒风险,正在逐步停产废弃;另一方面,电子血压计的发展使其准确度有明显提升,还能有效避免水银血压计被经验不足的操作者误读的问题。

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By Jacek Halicki - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=93172820

电子血压计基本也用了一样的原理,只是把「用耳朵听声音」这样考验技术还考验经验的方法,改成了相对比较客观的压力传感器探测(示波法),通过记录动脉压力的波动与变化,得出血压读数。

智能手表量血压,怎么就不行?

现在,臂戴式的电子血压计成了家庭血压监测的第一选择。和水银血压计相比,这种电子血压计不含水银,更轻更小更便携,操作简单,还避免了操作者造成的误差。当然,这样的产品其实也可以用在上臂以外的地方,比如近些年投入应用的腕戴式血压计和手指式血压计,只是随着测量位置离心脏越来越远、测量的动脉越来越细,血压读数也会更不准确。但有得测就好过没得测,在家量就好过去医院,尤其家中有身体抱恙的老人的,买一个能省不少麻烦。

而对每天忙得起飞、累得像狗的年轻人来说,提到家庭血压计,更大的问题往往不是「买不买得起」,而是除非已经有明确的、要求追踪血压的医嘱,大多数人要么是根本想不起来买,要么是买了也想不起用(更别提还有有了医嘱也没在监测的)。另外,要买血压计这种「医疗器械」,对不少人来说还有一定的心理压力。

所以,在各种智能可穿戴设备已经满大街流行、还逐渐干到白菜价的今天,与其多买一个设备在家吃灰,不如直接让已经占领手腕高地的设备争点气,把血压也一并测了多好。

看起来还挺合理的,之前提到的原理也能用。但为什么到现在也没什么标杆级的产品出现呢?

血压计难做

其一,就要说到电子血压计的内在限制:算法。

上一节我们说电子血压计用了压力传感器,它记录到的是动脉压力信号的振荡,如何把这种信号转换成可读的血压数,靠的就是各个血压计生产商自家的专利算法。比如一提到电子血压计,大家第一时间想到的还是欧姆龙、鱼跃、爱安德等老器械厂,一方面是他们做得久、做得多,另一方面就是它们这么多年,也有了足够的数据打磨改进自己的算法,准度能有一定保障。简言之,这并不是一个有硬件就能做的领域。

而智能穿戴设备也不是谁想做就能做的——与手机适配程度如何、软件生态、长时间佩戴体验、甚至外观等等,本身就是研究与开发起来很费工夫的问题。医疗厂商自然缺少这方面的积累,而智能设备厂商又没什么医疗方面算法的底子。比如欧姆龙的 HeartGuide,与其说是「智能手表」,整体使用体验换算下来,也就是个能显时间、能量点别的指标的手腕血压计,推送个来电通知是它能做的最大「智能」适配。

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HeartGuide

也有产品能在两方面都做得不错,比如华为在 2021 年底发布的 HUAWEI WATCH D。它和 HeartGuide 一样,配备了气囊与气泵,是按医疗器械的标准做的(也通过了二类医疗器械的注册),加上自己也比欧姆龙会做智能穿戴设备,整体的使用体验要好上不少,至少它是一个我们符合日常概念的「智能手表」。

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HUAWEI WATCH D

可是,你在生活中见过多少智能手表用户戴的是 WATCH D 呢?这就要说到智能手表做血压测量的另一个限制。

智能手表难做

其二,对智能手表这种有配饰性质的产品来说,如果要用腕带式的测量方法,就注定了只能使用官方标配的表带。而且为了保证血压测量的准确性,或者说,让本就不甚准确的腕上测量偏差不要那么大,表带的材质、尺寸都会有限制,舒适度也会为之让步——比如你肯定用不上超柔软的编织表带了。为了血压测量这一个功能,手腕上要多围一层去不掉的气囊,有多少人会愿意让步到这一层,也不好说。

那有方法能不用专门设备就测出血压吗?也算有,因为有不少人就在研究绕过气囊压迫的测算方法。

如果你用过三星的智能手表,就会发现它们在很早之前就上线了血压检测功能。它用上的是几乎所有智能手表都标配的 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,我们之前也有过介绍,详细的内容可以参看:

简言之,它的主要用途就是通过探测组织反射的光,从这些光的强度、变化频率里,分析出此时流经皮下的血液的血氧饱和度、脉搏波有何变化,进而能得出心率如何、心律如何等。

三星采用的方案1,就是通过两个 PPG 传感器画出图像的差别,得到脉搏传导时间(PTT,pulse transmit time)。这是一个与血管弹性有关的值。在两个 PPG 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线性相关。再通过使用前的校准、以及对用户个人身体数据与数据库的对比,得到大致的相关系数,从而估算出大致的脉压,算出血压值。这个方案不仅能解决掉额外设备,还可以完成腕带式检测无法完成的任务:连续血压监测。

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图源:Tamura, T. (2021). Cuffless blood pressure monitors: Principles, standards and approval for medical use. IEICE Transactions on Communications, 104(6), 580-586.

但你也能看出来,这样的检测方法又有另外限制,也就是——

测不对的血压

——其三,躲不开的「准确性」问题。

很明显,采用 PPG 传感器相关的测量方式本身并不是对压力信号的检测,由于涉及连续检测与大量的推算,每隔一段时间就需要对血压值校准。因为要将手腕测得的数据,一步步换算到日常使用的、可参考的肱动脉血压,前期小小的误差,可能在推算后就飞速离谱起来。

比起电子血压计推荐的一年一校,这类方法需要校准的周期更短,比如三星,推荐使用者每四周就与臂带式血压计校准一次,其实不到四周,这种方式得到的血压值误差就可以远远超过可接受范围。

就像在之前的文章中讲过的,PPG 传感器精度受外界影响实在太大,环境光、加速度,都可能导致数值有误。也因此,目前这类设备更大的意义是提示血压的突然变化,而非准确读出血压值。想提高精度也可以,那就要增加两个 PPG 传感器间的距离,可小小一块表,再大能大到哪里去呢?

而即使是采用了气囊式血压计的 WATCH D 与 HeartGuide,由于手腕动脉更细更远,测出的数值也会和肱动脉压有差别,可靠性也比肱动脉压更低。而且,这些设备与采用 PPG 的设备一样,在引导中都会提到测量时要采用一定的体位,并且要保持平静——事实上,即使是医疗级的设备,体位与平静也是必要要求。量血压的过程可以受到多种因素影响,产生读数的偏差,包括体位、臂带充气造成的高血压、臂带尺寸、采集的位置等等。甚至同样是家庭血压计,腕式测得的数据,可信度就会比臂带式测来的低上一截。

血压不像心率,心率可以有一个较大的正常波动范围,血压很多时候高了低了就是差那么几个毫米汞柱,可接受的误差更小。夸张点说,10 次的误差对心率来说可能不算什么,但 10 mmHg 往往足够漏报一次血压异常,而血压异常背后常常是更棘手的潜在风险。

到最后,想要稳定、正确测出有医学意义、能拿来说事的血压值,还是要用上经过专业培训的医疗人员和临床级的、定期校准的仪器,似乎这么多年的发展,怎么也逃不出那一个鼓胀的气囊。

种种因素累加起来,让智能手表的血压检测直到现在,也还是一个噱头般的功能。大把品牌说自己在做,可轮到用起来,大多还是离不开电子血压计的协助。但如果没有一台血压计,又有几个人能真的定期去社区医院或药房,坐上几分钟给自己的手表校准呢?

当然,厂商也都在努力尝试改进这种现状。有的和健康研究机构合作,希望找到更切合实际的参数;有的和传感器厂商合作,改善传感器的精度;还有的试图从其他生理值与传感器下手,找到换算血压的新通路2。可这些研究什么时候能有成果、什么时候能达到足够抬上手腕的精度,甚至什么时候能脱离对标准电子血压计的依赖,都还没个准数。

近年来,时不时有传闻称 Apple Watch 会在下一代就加上血压检测,尤其今年 Apple Watch X 的传言,让这一说法似乎不再那么虚无缥缈。不知道明年是否有机会,看到血压检测也像之前的各种传感器一样,成为手腕一点就能完成的轻松小事。

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