中國無創連續血壓監測設備「彎道超車」破國外壟斷
手術台上，麻醉醫生緊盯監護儀，等待袖帶式血壓計給出讀數。每5分鐘、10分鐘一次的間歇測量，在平穩狀態下或許夠用，但在麻醉誘導、術中波動、術後復甦這些關鍵節點，短暫的幾分鐘卻可能成為「生命盲區」。
臨床上，醫生時常面臨兩難境地：袖帶式血壓計無創，卻只能給出零散的時間點數據，無法捕捉兩次測量之間的連續變化；有創動脈穿刺血壓計能提供實時、精準的波形，但伴隨出血、感染、血栓等風險，不適合大量患者常規使用。而無創連續血壓監測設備長期由國外品牌主導，一台設備動輒上百萬元，耗材成本居高不下。
近日，中國科學院空天信息創新研究院（以下簡稱空天院）傳感器技術全國重點實驗室主任方震帶領團隊，用5年時間攻克關鍵技術，自主研發出無創連續血壓及血流動力學監測設備，打破了國外技術壟斷，有望大幅降低設備採購成本，使精準監測惠及更多患者。
2019年，方震照例受邀參加中華醫學會麻醉學術年會。會後，一位麻醉科主任拉住他，聊起手術中遇到的難題：「在麻醉誘導、術中監護、術後復甦這些關鍵階段，我們特別需要連續、實時、可靠的血壓數據。」
這不是第一次有臨床醫生和方震聊到這個話題了。方震團隊長期深耕可穿戴傳感器與醫療電子設備，曾嘗試通過心電與血氧信號解析血壓，但這種基於脈搏波傳輸速度的方法始終難以達到臨床要求的精度。
面對臨床急迫的需求，方震團隊經過大量文獻調研和臨床考察，最終鎖定了一條在國內外都極具挑戰性的技術路線——恆定容積法。
這種方法的原理說起來並不複雜：通過一個特殊的指套，利用高速伺服控制，讓手指動脈維持在一個相對恆定的容積狀態，指套內的壓力就能實時跟隨血管內壓力變化，從而獲得連續血壓波形。但難點在於如何讓這個精密的伺服控制系統在不同患者身上、不同場景下都能穩定工作，並構建傳感器、氣路控制、實時校準、波形重建和臨床驗證這一整套系統能力。
「原理看似清晰，工程化落地卻舉步維艱。」方震表示。團隊選取國外主流設備開展技術對標與性能分析，系統梳理技術路徑與設計特點，在充分研判行業先進方案的基礎上，自主探索更適配臨床需求的優化實現路徑。
「第一代樣機如同一隻20英寸的行李箱。」團隊成員、空天院博士後吳龐回憶起研發歷程時說。吳龐自博士階段便投身無創連續血壓技術攻關，2019至2021年間，實驗室30餘名師生率先作為受試者開展相關測試，所積累的試驗數據為團隊初步驗證技術原理可行性奠定了重要基礎。
2021年，當團隊滿懷信心地帶着第一代樣機走進華西醫院急診科時，現實的反饋給了他們當頭一棒。
「我們發現準確度有差距，病人身體稍微動一下，國外設備5秒就能恢復測量，我們的卻要10秒甚至20秒。」吳龐回憶道。
更棘手的是，急診科的患者很多是危重病人，末梢循環極差，手指冰涼，血液很難到達末端小動脈，設備甚至無法測出有效信號。
帶着滿是問題的設備回到實驗室，團隊成員十分沮喪。「科研攻關就像衝鋒陷陣，再難的山頭也要攻下來。」方震給團隊打氣。
他們把臨床反饋的問題逐一拆解，開始了一場「死磕」技術細節的攻堅戰。團隊成員王鵬告訴《中國科學報》，最初團隊使用的是一種半包式指套，需要先用標準血壓計校準，操作繁瑣，還容易引入誤差。後來，他們改為全包式指套，根據手指粗細設計了3種尺寸，戴上就能直接測量，大大簡化了操作流程。
國外設備通常只有一個指套，長時間測量可能導致手指淤青。團隊創新性地設計了兩路氣路系統，讓兩個手指交替測量，既保證了連續性，又避免了局部不適。
核心部件的選擇也經歷了多次試驗。團隊最初採用的電磁閥發熱嚴重、功耗高、體積大，不適合集成到小型設備中。為此，他們攻克了微型化閥門的集成技術，將4個閥門集成到一個巴掌大小的模塊里。
其間，團隊帶着設備往返於實驗室和醫院，每改進一個版本，就去臨床「試水」，再根據醫生的反饋回來復盤。
「有一次在重症加強護理病房（ICU）對設備進行測試時，一個危重病人末梢灌注極差，怎麼也測不準。回來後，我們專門針對低灌注狀態做了信號增強和控制優化，現在我們設備的測量能力已經超過國外設備。」吳龐說。
2023年，設備樣機再次進入臨床，與「金標準」有創動脈導管進行了近百例對比驗證。結果顯示，新設備相關性達90%以上，整體性能與進口設備不相上下。
做到進口替代，方震覺得還不夠。「國外設備雖然精準，但只是一個『測量工具』。我們能不能讓它變得更聰明？」
在與臨床醫生的深度交流中，團隊發現，麻醉醫生更需要判斷「接下來會發生什麼」。
低血壓是麻醉手術中最常見的風險事件之一。在真正發生前，人體通常會先通過心率加快、外周血管收縮等方式維持血壓穩定，當代償機制逐漸耗竭，低血壓才會發生。如果能提前捕捉這些早期徵兆，醫生就能贏得寶貴的干預時間。
團隊利用連續血壓波形和血流動力學參數，結合人工智能算法，構建了低血壓預測模型。在臨床驗證中，該系統能提前15分鐘預警低血壓風險，預測準確率達90%以上。
在此基礎上，團隊將心電、腦電、肌電等多源數據融合，構建了「多模態麻醉態勢感知系統」，從鎮靜、鎮痛、肌松3個維度綜合評估麻醉狀態，滿足了臨床的迫切需求。
在具體處理上，團隊從採集的信號中提取時間和空間域的多種特徵，利用圖神經網絡進行處理，構建了一個新的指標——「臨床干預同步指數」。它能反映模型計算結果與臨床醫生術中干預行為的匹配度，目前準確率達90%以上。
在中山大學附屬第三醫院的日間手術中心，這套系統發揮着獨特價值。無痛胃腸鏡檢查時，麻醉醫生需要根據患者的反應隨時調整用藥。傳統監護只有心電和間歇性血壓，麻醉深度全靠經驗判斷。當患者從麻醉中甦醒，血壓可能在短短30秒內從120飆升到200，袖帶根本來不及捕捉。而連續監測能實時看到這種變化，及時提醒醫生拔管或用藥。
「很多原來病情沒有重到用有創動脈穿刺血壓計，但確實需要連續監測血壓的患者，現在可以納入更精細的監護範圍了。」方震說。
在價格上，國產化帶來的優勢更為明顯。國外同類設備售價在50萬元到100萬元之間，而團隊的目標是大幅降低採購成本，讓基層醫療機構也能用上過去只有少數頭部科室才有的監測設備。
「高端醫療裝備的國產化，絕非簡單的替代，而是實現技術與應用層面的超越。」方震表示，當前，團隊已具備比肩國際頂尖水平的研發實力，更能精準貼合臨床一線的實際需求。下一階段，團隊將重點推進國產替代深化、可穿戴化研發、低血壓趨勢預測軟件開發以及多模態麻醉態勢感知系統的構建，推動產品從單一的監測設備，向更具完整性的圍手術期智能監護平台演進。
