A wearable electrical hemodynamic imaging ring

由 14 位跨機構學者共同研發的穿戴式血流動力學影像戒指，成功整合了 8 個電極與 32 通道生物阻抗感測技術。在 96 名健康受試者的實證測試中，這套微型裝置成功捕捉指動脈的脈動血流電導率影像，並結合神經網絡演算法實現無袖帶連續血壓波形的精準估測。

突破單一感測侷限與臨床高保真影像的空間限制

心血管疾病與糖尿病等代謝異常疾病的早期防範，高度仰賴周邊血管灌注（peripheral vascular perfusion，指微血管網的血液流動狀態）指標的連續性動態監測。現行的臨床影像設備雖然能夠提供高保真度（high-fidelity）的血管病理資訊，但其龐大的體積與操作門檻，使其無法應用於日常生活中的動態監測場景。市面上多數的穿戴式健康裝置則受限於感測技術的物理瓶頸，通常只能進行單一模態（single-modality）的數據採集。這類常規穿戴式設備無法提供具備空間解析度的血流動力學影像，導致從業人員難以獲取更深層的動態血管特徵。為了填補臨床高階影像與消費型微型穿戴裝置之間的技術空缺，研究團隊將目光轉向電氣生物阻抗（electrical bioimpedance，量測生物組織對交變電流阻力的技術）。生物阻抗技術具備快速生成空間與時間二維影像的強大潛力，同時對血流動力學的微小生理變化保持高度敏感，成為解決全天候連續性監測難題的關鍵路徑。

搭載8電極與32通道生物阻抗感測的微型戒指

研究團隊在此次發布的創新硬體設計中，將複雜的生物阻抗感測系統成功微縮至戒指型態的穿戴式載具內。這款智慧戒指內部精密配置了 8 個微型電極，並具備高達 32 通道的生物阻抗感測擷取能力。相較於傳統僅依賴光學感測（如利用光譜反射量測微血管血量變化的技術）的常規智慧穿戴設備，多電極與多通道的陣列配置大幅提升了生理訊號採集的空間維度。透過環繞手指周圍分佈的電極陣列，這款硬體裝置能夠向手指組織發射微弱的高頻安全電流，並同步接收跨越不同組織路徑上的微小電壓變化。系統將這些龐大且複雜的電氣訊號數位化後，即可著手重建出指部內部血管的電導率（conductivity）分佈狀態。這種非侵入式的微型硬體架構不僅確保了佩戴者長時間使用的舒適度，也為後續的高階手指血流動力學（finger blood flow）空間影像重建，提供了高密度且低延遲的原始數據基礎。

96名健康受試者在自律神經操作下的電導影像

為了驗證這套生物阻抗感測戒指的實際臨床效能，研究團隊招募了 96 名健康受試者進行全面的實證數據測試。實驗設計涵蓋了受試者在靜息狀態（at rest）下的基準生理數據採集，並系統性地導入了多種自律神經操作（autonomic maneuvers，指透過特定動作引發神經與血管反應）以刺激周邊血管的舒縮狀態。在這些面臨劇烈動態變化的生理條件下，戒指硬體依然展現了高度的訊號捕捉穩定性與極佳的抗噪能力。研究人員成功從採集到的龐大多通道數據集中，精確解析出指動脈（digital arteries）區域的高解析度電導率動態影像。這些重建影像明確反映了脈動血流（pulsatile blood flow）在狹窄指部血管內推進時，所引發的局部電阻抗週期性微小波動。透過將時間序列與空間維度的原始訊號進行疊加處理，這款微型設備證明了其在微小解剖結構內進行動態血流影像重建的技術可行性。

結合神經網絡實現無袖帶連續血壓波形的估測

硬體架構與空間影像重建技術的突破只是基礎，研究團隊進一步將這些多通道生物阻抗數據與現代機器學習技術進行了深度整合。開發人員利用受試者在不同生理狀態下產生的指部血流電導率影像序列，作為訓練神經網絡（neural network，透過模擬人類神經元結構處理複雜數據的數學模型）的核心特徵來源。該神經網絡模型的主要任務，是建立局部空間阻抗變化與全身性血流動力學指標之間的高維度映射關係。經過大量實測數據的訓練與嚴格交互驗證，這套演算法模型成功展現了連續無袖帶血壓（cuffless blood pressure）波形動態估測的優異能力。這意味著未來使用者無需依賴傳統的充氣式壓脈帶或笨重的院內量測設備，僅憑佩戴在手指上的微型戒指，即可在日常走動狀態下獲得連續的血壓波形動態數據。此項技術指標驗證了將臨床級生物阻抗影像微縮至消費級戒指型態的巨大潛力，為未來動態血流動力學連續監測設備的普及化奠定了硬體與演算法的雙重基礎。

生物阻抗影像戒指結合神經網絡，為無袖帶連續血壓動態監測確立了全新的技術標竿。