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Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9311 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Recentemente, vários estudos propuseram métodos para medir a pressão arterial (PA) sem manguito usando sinais de fotopletismograma de dedo (PPG). Este estudo apresenta um novo sistema de estimativa de PA que mede sinais PPG sob pressão progressiva do dedo, tornando o sistema relativamente robusto a erros causados ​​pela posição do dedo ao usar o método oscilométrico sem manguito. Para reduzir os erros causados ​​pela posição do dedo, desenvolvemos um sensor que pode medir simultaneamente PPG multicanal e sinais de força em um amplo campo de visão (FOV). Propomos um algoritmo baseado em aprendizado profundo que pode aprender a se concentrar no canal PPG ideal do PPG multicanal usando um mecanismo de atenção. Os erros (EM ± STD) do sistema multicanal proposto foram 0,43±9,35 mmHg e 0,21 ± 7,72 mmHg para PAS e PAD, respectivamente. Por meio de extensos experimentos, encontramos uma diferença significativa de desempenho dependendo da localização da medição PPG no sistema de estimativa de PA usando a pressão do dedo.

O método de medição da pressão arterial (PA) mais preciso envolve um cateter médico1, no qual a PA é medida diretamente pela inserção de um cateter em uma artéria. Este método é adequado para a observação a longo prazo das alterações da PA em pacientes internados na unidade de terapia intensiva (UTI). No entanto, existe o risco de infecção devido ao seu caráter invasivo2. Métodos de medição de PA não invasivos incluem métodos baseados em manguito3 e sem manguito. Os métodos de medição de PA baseados em manguito usam um dispositivo de esfigmomanômetro eletrônico e são amplamente aceitos como o padrão-ouro porque podem atingir uma precisão relativamente alta. Além disso, os usuários podem facilmente medir a PA em casa sem a ajuda de uma equipe médica4. No entanto, existem desvantagens em que o usuário se sente desconfortável por causa da pressão aplicada. Além disso, um dispositivo de esfigmomanômetro eletrônico não é facilmente portátil.

Recentemente, vários estudos propuseram métodos de medição da PA sem manguito5,6, nos quais a PA é prevista por meio de vários sinais biomédicos, como o fotopletismograma (PPG) e o eletrocardiograma (ECG). O tempo de trânsito do pulso (PTT) ou o tempo de chegada do pulso (PAT) podem ser calculados usando sinais PPG e ECG medidos simultaneamente5. Eles são calculados a partir da diferença de tempo entre os picos dos dois sinais medidos pelo sensor em dois pontos diferentes da artéria. Embora vários estudos tenham usado a correlação entre PTT ou PAT e BP6,7 para predição de PA, eles não são adequados para dispositivos móveis, como smartphones ou relógios inteligentes, porque exigem dois sensores em locais diferentes para medir os sinais PPG e ECG. Um método para superar essa desvantagem é prever a PA usando análise de onda de pulso (PWA) a partir de sinais PPG. Um sinal de PPG é um sinal de onda de pulso periódico que está correlacionado com o sistema cardiovascular. Portanto, alguns pesquisadores extraíram recursos de engenharia, como altura e largura da onda de pulso, e os usaram para prever BP8. No entanto, extrair características de engenharia precisas é um desafio porque as características do sistema cardiovascular diferem de pessoa para pessoa devido a fatores como idade, doença e medicamentos administrados9.

Recentemente, Mukkamala et al. propuseram a medição da PA em um smartphone usando o método de pressão dos dedos10, que estima a PA usando a mudança no envelope PPG durante a constrição dos vasos sanguíneos causada por um aumento gradual da pressão do dedo no sensor PPG. No entanto, como o sensor usa um PPG de canal único, a precisão da previsão de PA pode ser significativamente afetada pela posição do dedo no sensor PPG.

Neste estudo, propomos uma nova abordagem para estimativa de PA sem manguito. As contribuições deste estudo compreendem dois aspectos principais. Primeiro, desenvolvemos um sensor que pode adquirir sinais PPG multicanal com diferentes comprimentos de onda usando um método de pressão digital semelhante ao usado por Mukkamala et al.10. O sensor PPG proposto mede simultaneamente sinais PPG multicanal e um sinal de pressão do dedo, enquanto a ponta do dedo do sujeito pressuriza gradualmente o sensor por 40 s. Os sinais medidos de PPG multicanal e de pressão digital representam características de pressão progressiva e têm características semelhantes às dos sinais de onda oscilométrica (OMW) e sinais de pressão do manguito usados ​​em métodos de medição de PA baseados no manguito. Além disso, espera-se que a extensão multicanal na medição do sinal PPG alivie a variação na posição do dedo no sensor PPG. Em segundo lugar, propusemos um sistema de estimativa de PA baseado em aprendizado profundo usando PPG multicanal e sinais de pressão digital. O sistema de predição de PA baseado em aprendizagem profunda proposto consiste em duas partes. Primeiro, um modelo baseado em rede neural convolucional (CNN) foi projetado, que extrai recursos específicos de canal para estimativa de BP do PPG multicanal e sinais de pressão digital. Em segundo lugar, foi proposta uma rede de atenção multicanal para melhorar a precisão da estimativa de PA, que combinou as características latentes obtidas dos estimadores de PA de canal único para produzir uma nova característica de atenção ponderada. O recurso combinado foi posteriormente usado para a estimativa final da PA.