《Nano Energy》：Flexible Wearable Sensors for Pulse Wave Monitoring: Principles, Designs, and Applications in Disease Assessment
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•综述了脉搏波的生理学原理、产生机制及临床应用。•从多层面对传感器设计与集成进行分析，并讨论了机器学习在脉搏波分析中的应用。•总结了脉搏波评估在心血管疾病领域之外的应用价值。引言动脉脉搏波源于心脏的周期性收缩，以压力波的形式通过动脉树传播，由搏动性血流与动脉壁之间的相互作用产
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综述了脉搏波的生理学原理、产生机制及临床应用。
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从多层面对传感器设计与集成进行分析，并讨论了机器学习在脉搏波分析中的应用。
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总结了脉搏波评估在心血管疾病领域之外的应用价值。
引言
动脉脉搏波源于心脏的周期性收缩，以压力波的形式通过动脉树传播，由搏动性血流与动脉壁之间的相互作用产生。其传播特性与波形形态共同受心脏射血、动脉顺应性、外周阻力及波形反射的影响，使脉搏波信号能够传递关于心脏功能和血管功能的信息[1]。动脉脉搏的临床价值早已被认可，可追溯至公元前六世纪，当时中国、印度和埃及医学中已有桡动脉触诊的记录[2]。随着现代传感与信号分析技术的发展，脉搏评估已从定性触诊演变为定量波形分析。收缩期上升支、舒张期衰减、重搏切迹及脉搏波传导速度（PWV）等特征可提供有关心肌收缩力、动脉僵硬度、外周血管阻力及波形反射动态的信息[3]、[4]。全球心血管疾病（CVDs）负担日益加重，进一步凸显了便捷心血管监测的重要性。心血管疾病仍是全球致死致残的首要原因，2023年全球约有6.26亿患病病例、1920万死亡病例和4.37亿伤残调整生命年（DALYs）[5]、[6]。此外，自1990年以来，心血管疾病患者数量已增加了一倍以上，凸显了早期风险评估、纵向疾病管理及持续生理监测等实用方法的迫切需求。在此背景下，动脉脉搏波尤为引人注目，因为它们可以无创、反复地获取，同时保留逐搏心血管动力学信息。重要的是，动脉脉搏波中包含的生理信息并不局限于心血管疾病。脉搏波形态与时间特征还受到血管张力、自主神经调节、代谢状态及全身血流动力学的广泛变化的影响。因此，脉搏衍生特征的改变还与卒中[7]、[8]、代谢综合征[9]、[10]、[11]、器官功能障碍与衰竭[12]、[13]、[14]、[15]、[16]及精神健康障碍[17]、[18]、[19]相关。虽然这些关联并不一定意味着具有疾病特异性诊断能力，但它们表明脉搏波传感可为更广泛的生理和病理条件下的筛查、监测和风险评估提供有用信息。这些特点已将动脉脉搏波传感的作用从传统的心血管评估扩展到跨系统的持续健康监测。
尽管脉搏衍生信息的诊断价值已得到充分确立，但其在临床实践和日常生活中尚未得到广泛应用。传统脉搏监测方法通常依赖间歇性测量，需要笨重的仪器，佩戴舒适性有限，因此其使用主要局限于受控的临床环境[20]。此外，情境因素影响（如白大褂效应，即患者在医疗环境中因焦虑而出现生理读数升高）进一步削弱了其作为长期生理评估工具的可靠性[21]。应对这一挑战推动了脉搏波传感技术的 successive 技术创新。随着光电容积脉搏波描记法（PPG）等光学方法的出现，脉搏波监测得以在可穿戴设备中广泛应用[22]、[23]。与此同时，柔性材料和微制造技术的进步催生了多样化的机械传感策略，包括压电式、压阻式和电容式传感器[24]。柔性聚偏氟乙烯（PVDF）基压电传感器以及近期出现的摩擦纳米发电机（TENGs）进一步拓展了高灵敏度、低功耗脉搏监测的设计空间[25]。机器学习技术使复杂的生理信号能够自动提取特征和识别模式，从而提升了脉搏波形分析在疾病筛查和健康评估中的实用价值[26]、[27]、[28]。总之，这些进展预示了一类新型可穿戴脉搏传感系统，可实现持续、个性化且情境感知的健康监测。
本文系统地综述了柔性可穿戴脉搏波传感技术及其健康监测应用的最新进展。首先介绍了动脉脉搏波产生的生理学基础。随后对比考察了主要传感策略，重点讨论其工作原理、材料创新及结构设计考量。这些策略可大致分为光学技术和机电转换机制两大类，后者包括压阻式、电容式、压电式及摩擦电式方法，每种方法在可穿戴集成方面均具有独特优势。在此基础上，总结了基于脉搏波的疾病评估在多个临床领域中的最新进展，包括心脏节律障碍、血流动力学负荷与血管力学异常、自主神经与心肺耦合功能障碍、微循环与代谢调节紊乱以及系统性多器官疾病。在此背景下讨论了机器学习在脉搏信号处理与模型开发中的作用，突出其在特征提取、疾病分类及无袖带临床参数估算方面的贡献。本综述还探讨了关键挑战（如运动伪影、信号稳定性和临床验证），并概述了多模态传感、边缘智能及集成自供电系统等有前景的未来方向。总体而言，本综述旨在协助选择和优化柔性可穿戴脉搏传感技术并推动其临床转化。
章节摘要
动脉脉搏波的产生、传播及形态特征
动脉脉搏波起源于心脏收缩。在此过程中，血液射出产生搏动性血流，通过动脉系统进行传播。该传播过程受两个关键因素的影响：一是外周阻力导致动能转化为对血管壁的横向压力；二是血液本身的波动性运动，在动脉几何结构或弹性发生变化处发生反射[29]、[30]。前向波与反射波的叠加构成了完整的脉搏波形。
用于脉搏波检测的可穿戴传感器
可穿戴脉搏波传感涵盖了多种技术，它们捕获的虽是同一心血管搏动的不同物理表现。测量路径可按三个递进层次来理解：初级被测量、由此产生的脉搏相关信号或特征，以及后续从该信息中推导出的生理或临床参数。例如，PPG检测的光强变化主要与搏动性血流相关。
脉搏波检测的临床价值
每次心脏收缩产生的压力波在动脉中传播和反射，形成脉搏波。该脉搏波携带了关于心输出量、血管顺应性和外周阻力的丰富血流动力学信息[283]，为无创、连续评估动脉僵硬度、瓣膜功能及早期检测血流动力学异常提供了可行手段[284]、[285]。柔性电子、微纳尺度器件与传感器的融合……
结论
本综述聚焦于光学和机械传感器，重点阐述其工作原理、材料特性、结构设计和在脉搏波分析中的临床应用。5G和物联网（IoT）的到来有望提升设备精度、加速临床级数据处理与传输，并扩展存储容量以促进传感器间通信。然而，尽管研究取得了重大进展，仍有若干挑战亟待解决。
CRediT作者贡献声明
贾磊：方法学。吕星尧：方法学、调查研究。李梦涵：撰写—初稿、可视化、方法学、调查研究、形式分析。邓轩地：撰写—初稿、方法学、调查研究、形式分析。姚普清：方法学、调查研究。吴毓祥：撰写—审阅与编辑、监督。李舟：撰写—审阅与编辑、监督。刘卓：撰写—审阅与编辑、撰写—初稿、监督、项目管理、资金支持
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
作者感谢国家自然科学基金（82372141）、北京市科技新星计划（202604841178, 20250484871）、北京市自然科学基金（Z240022, L245015）、中国中医科学院科技创新项目（CI2023C020YL）以及高等学校基础研究基金的资助。
李梦涵|邓轩地|姚普清|贾磊|吕星尧|宋昱|吴毓祥|李舟|刘卓
