持续无创监测血压（BP）对心血管疾病的控制至关重要。传统的基于袖带的方法虽然准确，但对于连续使用往往不方便且不切实际。光体积脉搏波描记术（Photoplethysmography，PPG）是一种非侵入性的光学技术，作为一种很有前途的替代技术，其在耳后的应用尤其受到关注。本文深入研究了用于BP测量的耳后PPG的技术原理，提供了全面的市场分析，并强调了其在数据准确性方面的显著优势，同时也承认了当前的局限性。

【创新医械】耳后无创血压测量技术原理、市场分析

高血压是全球主要的健康问题，有必要定期和准确地监测血压。目前的金标准方法，如使用血压计的听诊法，提供间歇性读数，对于长期或连续监测可能很麻烦。因此，开发无创、连续的血压监测技术是一个重要的研究领域。光容积脉搏波（Photoplethysmography，PPG）是一种简单、经济的光学技术，用于测量组织微血管床的血容量变化，因其在该领域的潜力而获得了相当大的关注。虽然PPG已经在手指和手腕等部位得到了广泛的探索，但耳后区域为基于PPG的血压测量提供了一个独特而有利的位置。本文旨在对这一新兴技术进行全面概述。

01耳后PPG血压测量技术原理

光电容积脉搏波（PPG）基础

PPG基于光学检测微血管血容量变化，一个典型的PPG传感器由一个发光二极管（LED）和一个光电探测器组成。LED发出的光穿透皮肤，被包括血液在内的各种组织成分吸收或散射光电探测器测量通过组织传输或从组织反射的光量。由于每次心跳时小动脉和毛细血管中的血容量发生变化，吸收或反射的光量也发生变化，从而产生脉动波形——PPG信号包括脉动（AC）成分，代表由于心脏同步搏动引起的血容量变化，以及非脉动（DC）成分，代表平均血容量和组织特征。

比尔-朗伯定律解释了光强在穿过介质时的衰减。在PPG中，搏动血流引起的血液中血红蛋白浓度的变化直接影响到检测到的光量，从而形成PPG波形的基础。不同波长的光能穿透的深度不同，波长较长的光（如红外线）一般能穿透更深的。

从PPG估计血压

虽然PPG直接测量血容量变化，但从PPG信号估计血压涉及更复杂的算法，通常利用PPG波形与动脉僵硬度和脉搏波传播之间的关系。常用的主要方法有两种：

脉冲传递时间（PTT）和脉冲到达时间（PAT）： PTT是脉冲波在两个动脉部位之间传递所需的时间，PAT常被用作近似值，用心电图（ECG）的r波（指示心室去极化）与周围PPG波形的特征点（例如，脚或峰）之间的时间延迟来测量。人们普遍认为PTT与血压呈负相关：当BP升高时，动脉硬度增加，导致PTT缩短，反之亦然。对于耳后测量，研究人员已经探索了多模态传感，将PPG与入耳式麦克风相结合，检测第一心音（S1），并计算从S1声音到PPG上strokebbb14的血管传递时间（VTT）。

脉搏波分析（PWA）： PWA包括从PPG波形中提取各种形态特征来估计血压PPG波形的形状受动脉硬度、外周部位反射和其他心血管参数的影响采用先进的信号处理技术和机器学习算法来分析这些特征并将它们与血压值相关联。特别是深度学习方法，在自动提取相关特征和从大型PPG数据集中建立准确的预测模型方面显示出了希望。

【创新医械】耳后无创血压测量技术原理、市场分析

图1 研究概览

耳后放置优势

耳后区域为基于PPG的血压测量提供了几个明显的优势：

靠近大动脉：耳后动脉是颈外动脉的一个分支，在耳道下方运行，为稳健的PPG信号采集提供了丰富的微血管床。耳道靠近颈动脉也可以增强脉冲幅度变化的功率。

减少运动伪影：与手腕或手指等部位相比，耳朵相对稳定，在日常活动中不易受到运动伪影的影响，这对于获得高质量、连续的PPG信号至关重要。

方便和谨慎：耳戴式设备（earables）正变得越来越普遍，可以设计成不显眼和舒适的连续佩戴器，类似于助听器或耳塞。耳道的黑暗环境也最大限度地减少了外界光线的干扰，进一步提高了信号质量。

可达性：耳朵便于放置传感器，不需要用户脱衣服或暴露身体其他部位，方便在各种环境下使用。

02 数据准确性优势

耳后位置的固有特性，结合先进的信号处理和机器学习，有助于提高PPG血压测量的数据准确性：

高信号质量：耳内致密的血管结构和良好的血液灌注，以及减少的运动伪影和外部光线影响，导致更高质量的PPG信号。高质量的原始数据是准确提取特征和后续BP估计的基础。

运动稳健性：如前所述，耳朵相对稳定的位置最大限度地减少了运动引起的信号失真，这是手腕或手指上可穿戴PPG设备的常见挑战。这种稳健性可以在日常活动中实现更可靠的连续监测。

生理相关性：与其他外周部位相比，靠近中心动脉提供的PPG信号可能更直接地反映中心血流动力学变化。一些研究表明，耳朵的血管反应可能较少受到像低温这样的外周灌注问题的影响。

先进的算法：复杂的机器学习和深度学习算法的发展显著增强了从PPG波形中提取有意义特征并将其与BP相关联的能力。这些算法可以学习PPG信号中指示血压变化的复杂关系，超越了更简单的基于PTT的方法。

多模态传感潜力：将PPG与其他传感器（如用于S1声音检测的入耳式麦克风）集成在一起，可以实现多模态方法，可以提供更稳健和准确的BP估计，特别是通过计算血管传递时间（VTT）。

【创新医械】耳后无创血压测量技术原理、市场分析

图2 数据传输流程

03市场分析

由于高血压患病率的增加、老年人口的增加以及对远数据传输流程患者监测和个人健康管理解决方案的需求不断增加，全球非侵入性和连续血压监测设备市场正在经历显著增长。

对可穿戴设备的需求不断增长：智能手表和健身追踪器等可穿戴设备的普及，激发了人们对整合健康监测功能的兴趣。PPG生物传感器是这些设备的基石，2022年全球PPG生物传感器市场价值为4.168亿美元，预计从2023年到2030年将以11.6%的复合年增长率增长。虽然心率监测目前占据最大份额，但血压监测领域预计将出现相当大的增长。

正在转变的医疗保健模式：预防性医疗保健、远程医疗和远程患者监控是一个强大的趋势。持续的BP监测，特别是对高血压患者或高危人群，可以更早地发现问题，更好地坚持治疗，改善健康结果。耳后式PPG等无袖套连续解决方案非常适合这种模式转变。

竞争格局：市场上既有成熟的医疗设备公司，也有创新的初创公司，都在开发非侵入性BP监测解决方案。像cossinuss°这样的公司正在积极开发利用神经网络计算血压的入耳式PPG解决方案，学术机构也积极参与其中，研究团队正在开发和完善耳后设备。

监管障碍：为了广泛的临床应用，耳后PPG血压装置需要经过严格的测试并获得监管部门的批准（例如，美国的FDA，欧洲的CE标志）。

未来展望：耳后PPG血压测量的市场潜力巨大。其谨慎、舒适和连续、准确监测的潜力使其成为一般健康和临床应用的有吸引力的解决方案。传感器技术、算法开发（特别是人工智能和机器学习）和小型化的进一步进步将继续推动市场扩张，与现有智能生态系统（智能手机、健康平台）的整合也将对市场渗透至关重要。

04局限与挑战

尽管有很好的优势，但耳后PPG血压测量的广泛采用需要解决一些限制和挑战：

个体可变性和校准：由于动脉硬度、皮肤特性和生理反应的差异，PPG波形特征与血压之间的关系在个体之间可能存在显著差异。这就需要个性化校准，通常需要初始的基于袖带的测量来为个体建立基线，并可能随着时间的推移重新校准。

运动伪影（残余）：虽然不像其他部位那么容易受到影响，但显著的头部或身体运动仍然会给PPG信号引入伪影，从而影响准确性，需要稳健的信号处理技术来减轻这些影响。

接触压力敏感性：PPG传感器与皮肤之间的接触压力会影响信号质量和形态，可能导致BP估计误差保持一致的接触是至关重要的，设备设计必须考虑到这个。

解剖和生理差异：皮肤色素沉着、毛发和耳周组织厚度变化等因素会影响光穿透和信号质量。

临床验证和标准化：需要在不同人群中进行更广泛的临床试验，以根据既定标准（例如ISO 81060-2）验证耳后PPG血压装置的准确性和可靠性。测量方案和算法开发的标准化对于设备间的广泛采用和比较也至关重要。

电池寿命和处理能力：持续监测需要对可穿戴设备进行有效的电源管理，复杂算法的板载处理会消耗大量功率，因此需要优化硬件和软件设计。

生理可解释性：虽然深度学习模型可以达到很高的准确性，但理解其预测的生理基础可能具有挑战性。需要进一步的研究来增强这些模型的可解释性。

05 结论

耳后PPG血压测量代表了非侵入性和连续健康监测方面的重大进步。耳的解剖优势，加上复杂的PPG技术和先进的算法，为高精度和用户友好的血压监测提供了潜力。虽然与个体差异、残留运动伪影和严格的临床验证相关的挑战仍然存在，但该领域正在进行的研究和开发正在迅速解决这些问题。随着对方便和持续的健康洞察需求的增长，耳后PPG血压测量将在预防保健和个性化医疗中发挥至关重要的作用。

本文由广州佳誉医疗器械有限公司/佛山浩扬医疗器械有限公司联合编辑