袖带血压测量有个绕不开的问题：它只能“间断地”测。每测一次都要充气、勒紧、放气，没法在人走路、睡觉、工作时连续记录每一次心跳的血压。而血压恰恰是一个时刻在变的量。
近日，以色列理工学院（Technion）安德鲁与埃尔娜·维特比电气与计算机工程学院阿米尔·罗森塔尔（Amir Rosenthal）团队在 Nature Communications 上发表论文，提出了一种新的免袖带血压监测思路，运用硅光光声血压传感器。论文第一作者为吉尔·格尔伯特（Gil Gelbert），罗森塔尔与丹尼尔·兰格（Daniel H. Lange）为共同通讯作者，曾创办可穿戴健康监测公司 ChroniSense Medical。
他们用激光照亮手腕处的桡动脉，让血管自己“发出”超声波，再用一枚微米级的硅光芯片去“听”。这枚芯片只需一个探测单元，即便放偏了 1 厘米、转了 30 度，也能以每秒 100 次的速度测出动脉直径，再换算成连续的血压波形。在两名志愿者为期三个月、共 120 次的测量中，它与参考血压计之间的平均绝对差为 3.6 mmHg。
简言之就是：不再测“压力”，而是测血管随心跳的“粗细变化”，并且把这件事做得不挑位置。那么，为什么“不挑位置”这么重要？光又是怎么让血管“发声”的？
可穿戴血压计卡在哪里
免袖带血压监测并不是新话题，智能手表和手环几乎都在尝试。
论文梳理指出，很多方案依赖光电容积脉搏波（PPG）、心电（ECG）等“替代信号”，通过脉搏传导时间等参数间接推算血压，或者交给机器学习模型去“猜”。但这类方法对佩戴位置敏感，需要频繁校准，纯数据驱动的模型还容易过拟合、受个体差异和环境干扰影响，离临床应用标准仍有距离。
于是，研究者把目光转向一个与血压有直接物理联系的量：动脉直径。血压升高，动脉被撑粗；血压回落，动脉随之变细。只要能实时测准动脉的粗细，再借助经过校准的力学模型，就能还原出整条血压波形。
测动脉直径，最成熟的工具是超声。过去几年，可穿戴超声贴片发展很快。论文援引的研究中，可穿戴超声贴片已能监测颈部和四肢动脉的直径；其中加州大学圣地亚哥分校徐升团队的一项研究，分别以血压计和动脉导管为参照，在健康人群和重症监护患者中完成了临床验证。
但论文指出，传统的“脉冲-回波”超声有一个先天难题：血管前后壁反射回来的回声，强度和周围组织的回声差不多。要从一片相似的回声里认出血管边界，探头就必须精准对准血管。
这意味着两条路：要么用成百上千个阵元做三维成像，系统复杂、体积大；要么用单个聚焦探头，但必须严格控制位置和角度，这对一个戴在手腕上、随时可能滑动的设备来说并不现实。目前最成功的可穿戴方案是一维阵列，用电子方式从多个阵元中挑出对得最准的那一个，但它对探头的旋转角度仍然敏感，对较细的血管还需要更密集的阵元。
打个比方，这有点像在一间满是回声的大厅里，只用一个定向麦克风去捕捉某个人的声音：麦克风稍微偏一点，录到的就全是杂音。
用光“敲”血管，听它“回响”
罗森塔尔团队的思路，是换一种让血管“出声”的方式：光声效应。
这个现象最早由电话发明人亚历山大·格雷厄姆·贝尔（Alexander Graham Bell）在 1880 年前后发现：物体吸收了快速闪烁的光，会因受热膨胀而发出声音。放到人体里，用一束极短的激光脉冲照射组织，吸收光的部位会瞬间升温、膨胀，向外辐射超声波。
关键在于，在可见光和近红外波段，血液是人体组织里吸光最强的成分。所以激光照进手腕后，动脉里的血液“吸”得最多，产生的超声信号也最强，而周围组织相对“安静”。与超声回波相比，这种血管与背景之间的对比度要高得多。
具体来说，系统用波长 800 纳米的激光，以每秒 100 次的频率发出脉冲，每个脉冲宽约 7 纳秒。光由一束扁平的光纤束送到皮肤表面，分成两条并排的宽光斑。由于照明范围大，即便传感器中心偏离了动脉，动脉依然能被照到。实测显示，在 4 毫米深的仿组织材料中，两条光斑因散射融合成约 15 毫米 × 35 毫米的光区，足以覆盖 ±10 毫米范围内的偏移。
动脉被“点亮”后，怎么读出它的直径？靠的是“飞行时间”。
想象把动脉看成一根被均匀点亮的圆柱。离探测器近的前壁发出的声波先到，后壁的声波晚到，两者之间的时间差，正好等于声波穿过血管直径所需的时间。用公式表示就是 D = c × Δt，其中 c 是声音在血液中的传播速度。
这和“看见闪电后数秒听到雷声，就能估算雷暴距离”是同一个道理。以声速约 1,570 米/秒估算，直径 1.5 毫米的桡动脉，前后壁信号只相差约 1 微秒（编辑估算）。要分辨这么短的时间差，就需要一个足够灵敏、频带足够宽的“耳朵”。
更重要的是，论文的理论分析表明：只要探测器足够小，接近一个“点”，那么无论它偏离动脉多远，前后壁信号之间的时间差都保持不变，偏移只影响信号到达的早晚和强弱。
换句话说，“不挑位置”的前提是：探测器要小到接近一个点，同时还要灵敏到能听清微弱的光声信号。而这两点，恰恰是传统压电超声探头难以兼得的。
一枚“听声音”的光芯片
传统压电探头的灵敏度和面积挂钩：做得越小，越“耳背”。论文指出，压电技术只有在灵敏度大打折扣的情况下，才能做到全向接收，这对本就微弱的光声信号来说难以接受。
团队的解法是他们此前开发的硅光声学探测器（silicon-photonics acoustic detector，下文简称 SPADE）。它的核心是一段刻在氮化硅波导上的光学谐振腔：波导宽 1 微米、高 350 纳米，两侧刻有周期性的“齿”，构成布拉格反射镜，中间留出一个缺陷区把光“困住”。外面再覆盖一层透明的弹性体（PDMS）。
当超声波压到弹性体上，材料的折射率会发生极其微小的变化，谐振腔的共振波长随之漂移。系统用干涉仪读出这种变化，就能还原出声压。打个比方，这有点像一根绷紧的琴弦，外力轻轻一碰，音高就会变。
表征结果显示，SPADE 的噪声等效压力为 2 mPa/√Hz，接收带宽达 125 MHz，理论轴向分辨率约 11 微米。实测的有效感应区域约为一条长 83 微米、宽 1 微米的线段。论文指出，对波长大于 166 微米的声波，它就可以被视为一个“点”。
这样的带宽对测桡动脉来说其实“绰绰有余”。由于组织对高频声波的衰减，在体测量的实际最高带宽约为 28 MHz。但作为对比，论文统计的超声血压贴片典型带宽约 3 MHz，分辨率约 231 微米。
还有一个工程细节值得一提。谐振腔的“音准”极其敏感：涂耦合剂时的温度变化、在皮肤上拖动时的压力，都可能让共振波长漂走，导致信号丢失。论文显示，温度变化引起的漂移最快可达每秒 1 纳米。团队为此设计了一套两级锁定系统，让读取激光实时“追着”谐振腔走，这是传感器能在皮肤上移动而不断线的关键。
照明方面，激光到达皮肤的单脉冲能量为 4.9 毫焦，表面光通量为 3.14 mJ/cm²，论文称均在美国国家标准学会（ANSI）的激光安全限值之内。
歪了、滑了，照样测得准
“不挑位置”到底有多不挑？团队做了三组对比。
第一组在仿体上进行。团队制作了模拟手腕桡动脉及周围组织的模型，让传感器在最多 ±10 毫米的偏移、30° 的偏航角和 10° 的俯仰角范围内测量。结果显示，传感器的朝向对直径测量的准确性没有显著影响，各种姿态下的标准差都在 10 微米左右，论文估算这对应的血压不确定度仅约 3.3 mmHg。
作为对照，换成压电光声探头的单个阵元后，只能在 ±5 毫米范围内测出直径；即便角度完全对准，标准差也有 20 微米，偏航角超过 10° 时可能超过 100 微米。
第二组是在一位 29 岁男性志愿者手腕上的实测。研究人员先摸到桡动脉搏动最明显的位置，涂上耦合剂放好探头，再微调到信号延迟最短的位置。论文称，这一步通常不到 10 秒。
在最佳位置，舒张期和收缩期的动脉直径平均约为 0.9 毫米和 1.49 毫米，标准差分别为 52 和 36 微米。论文认为，这一波动主要来自正常的逐搏血压变化，而非测量误差。信号与背景之比达到 20 dB。
接着，研究人员在志愿者手臂上来回平移探头，偏移约 ±5 毫米。M 型图像清楚显示，信号的“深度”随着探头远离动脉而增加，但测量从未中断，舒张期和收缩期直径的标准差为 40 和 36 微米，与静止时相当。
相比之下，压电光声探头在 ±3 毫米的偏移内，直径估计的标准差就升至 125 和 115 微米；常规超声回波探头更敏感，仅仅偏移 0.3 毫米，直径误差就接近 200 微米。
第三组比较的是旋转。探头从 0° 转到 30°，SPADE 测得的舒张期和收缩期直径标准差分别为 47 和 28 微米；压电光声探头为 109 和 82 微米；超声回波则高达 218 和 190 微米。
一个有意思的细节是，超声回波测得的直径比光声法大了最多约 1 毫米。论文解释，光声信号来自血液本身，测的是血管的内腔直径；而超声回波会把血管壁的厚度也算进去。而高血压患者的血管壁厚度可能随时间变化，这对长期监测来说是个潜在的干扰项。
最后是血压本身。
团队在两名志愿者身上进行了验证：一位是 29 岁、血压略偏高的男性，一位是 42 岁、血压略偏低的女性。参考设备是 Finapres NOVA，一种经美国食品药品监督管理局（FDA）批准、可在手指上连续输出完整血压波形的袖带式系统。测量分静坐和“坐姿核心收紧”两种姿态，后者会让血压升高。
动脉直径到血压的换算，采用的是此前超声血压研究中用过的 Hayashi 经验模型。校准只在研究开始时、静息状态下，对每位受试者做一次。之后三个月里，每次测量结束都把传感器取下，下次再大致贴回同一区域，不借助任何定位标记。这正是为了模拟真实佩戴时“每次戴得都不太一样”的情形。
结果显示，光声传感器与参考系统的平均绝对差在舒张压上为 2.6 mmHg，收缩压上为 4.7 mmHg，总体为 3.6 mmHg。论文称，这与已报道的领先超声血压贴片在相近受试者数量研究中的结果相当，并处于 IEEE 1708a 标准中“高等级”设备对应的范围内。
而且，两者的吻合不只是在收缩压、舒张压两个数字上，而是覆盖了整个心动周期的波形。论文指出，这条完整波形本身还蕴含着动脉僵硬度、外周阻力、左心室功能等信息，此次研究尚未加以利用。
结语
值得注意的是，这项研究目前仍是一次概念验证。
首先，样本量很小。血压验证只纳入了两名受试者，论文也明确承认，由于研究的初步性质（n = 2），无法进行性别差异的统计分析。按照该领域的验证标准，完整的临床验证需要大样本，团队计划的目标是超过 85 人。
其次，标题中的“完全可穿戴”，目前指的是贴在手腕上的传感头。整套系统还依赖台式设备：激发光来自一台笨重的可调谐光学参量振荡器（OPO）激光器，读取 SPADE 用的是台式可调谐外腔激光器，数据由示波器采集。论文为此规划了替代路线：改用 808 或 908 纳米的紧凑型激光二极管阵列，甚至垂直腔面发射激光器（VCSEL）；把读取激光换成分布反馈（DFB）激光二极管，乃至将整个读取系统集成到芯片上。但这些目前仍是设想。
第三，测量是在静息状态下完成的，受试者全程保持不动，并佩戴激光防护镜。系统也并非实时输出血压，而是以 10 秒为一个数据块进行处理；约 5% 的情况下，动脉边界的自动识别还需要人工修正。
此外，参考设备 Finapres NOVA 本身也有误差。论文援引的文献显示，其收缩压和舒张压的误差分别为 3 ± 8 mmHg 和 4 ± 6 mmHg。用于固定传感器的贴片施加的外力，以及 Hayashi 经验模型本身的近似，也可能影响结果。
如今，研究者又尝试让一束光和一枚芯片代替袖带，安静地守在手腕上。路还很长。但至少，测血压这件事，第一次可以不必“对准”了。
参考资料
Gelbert, G., Moisseev, R., Hazan, Y. et al. Silicon-photonics optoacoustic sensor for fully wearable blood pressure monitoring. Nat Commun 17, 10931 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-77580-3
