DOI: https://doi.org/10.1109/tim.2025.3650271
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Terezie Kauzlaricova وآخرون
الموضوع الرئيسي: مراقبة العلامات الحيوية غير الغازية
نظرة عامة
تستعرض المراجعة بشكل منهجي التقدمات الحديثة في تقنيات مراقبة ضغط الدم غير الغازية، مع التركيز على الدراسات المنشورة من 2020 إلى 2024. تصنف طرق قياس ضغط الدم إلى طرق تعتمد على الكفة، وطرق بدون كفة، وطرق غير تلامسية، مع التأكيد على التقنيات المبتكرة مثل قياس التغيرات في حجم الدم باستخدام الضوء (PPG)، وتخطيط القلب الكهربائي (ECG)، والقياس الحيوي (BIOZ)، واستشعار الرادار، وPPG عن بُعد (rPPG). كما يتم تسليط الضوء على دمج الذكاء الاصطناعي (AI) لتحسين معالجة الإشارات وتقدير ضغط الدم. تقيم التحليل أداء هذه الطرق وأهميتها السريرية وقابليتها للتطبيق العملي، مشيرة إلى أنه بينما تقدم الطرق بدون كفة وغير التلامسية إمكانيات كبيرة للمراقبة المستمرة وسهولة الاستخدام، فإن دقتها غالبًا ما تعتمد على المعايرة وتصميم الخوارزميات المتطورة.
تؤكد الخاتمة على التأثير التحويلي لمراقبة ضغط الدم غير الغازية على رعاية القلب والأوعية الدموية، مميزةً بين دقة الأجهزة المعتمدة على الكفة والدقة الناشئة للتقنيات بدون كفة وغير التلامسية. من خلال استخدام إطار عمل مزدوج المنظور يجمع بين التقييمات الكمية والنوعية، تحدد المراجعة التبادلات الرئيسية: توفر الطرق المعتمدة على الكفة دقة موثوقة، بينما تظهر الطرق بدون كفة المدفوعة بالذكاء الاصطناعي والطرق متعددة الأنماط وعدًا للتطبيقات القابلة للارتداء. ومع ذلك، تواجه الحلول غير التلامسية تحديات تتعلق بالتغيرات التقنية. تدعو المراجعة إلى بروتوكولات تحقق موحدة، واختبارات سريرية أوسع، واعتبارات أخلاقية في نشر الذكاء الاصطناعي لضمان التكامل الناجح لهذه التقنيات في الرعاية الصحية. في النهاية، يحمل التطور المستمر لمراقبة ضغط الدم غير الغازية إمكانيات لتعزيز الوصول، والتخصيص، والرعاية الوقائية في إدارة ارتفاع ضغط الدم على مستوى العالم.
مقدمة
تؤكد مقدمة ورقة البحث على الأهمية الحاسمة لقياس ضغط الدم (BP) بدقة في تشخيص وإدارة ارتفاع ضغط الدم، وهي حالة تزيد بشكل كبير من خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية والفشل الكلوي. يؤثر ارتفاع ضغط الدم على جزء كبير من السكان العالميين، حيث أفادت منظمة الصحة العالمية بمعدلات انتشار تبلغ حوالي 24% لدى الرجال و20.5% لدى النساء. تبرز الورقة عواقب قراءات ضغط الدم غير الدقيقة، والتي يمكن أن تؤدي إلى تشخيص خاطئ وعلاج غير مناسب، مما يبرز الحاجة إلى تقنيات مراقبة موثوقة لمنع النتائج الصحية الخطيرة المرتبطة بارتفاع ضغط الدم المزمن.
تهدف الدراسة إلى تقديم مراجعة شاملة لتقنيات قياس ضغط الدم المعاصرة، مع التركيز بشكل خاص على الطرق غير الغازية، بما في ذلك الطرق بدون كفة وغير التلامسية. تسعى لتقييم دقتها، وقابليتها السريرية، وإمكانية دمجها مع تقنيات الذكاء الاصطناعي (AI). من خلال مقارنة هذه الطرق مع التقنيات التقليدية المعتمدة على الكفة، تهدف البحث إلى استكشاف ما إذا كانت التقدمات في تعلم الآلة ومعالجة الإشارات متعددة الأنماط يمكن أن تحقق دقة مماثلة مع تعزيز الراحة وقدرات المراقبة المستمرة. تمهد المقدمة الطريق لفحص مفصل لمبادئ وأساليب القياس المختلفة، المنظمة في أقسام متميزة ستسهل الفهم الشامل للتقدمات في تقنيات مراقبة ضغط الدم.
طرق
تحدد هذه القسم طرقًا مختلفة لقياس ضغط الدم (BP)، مصنفة إلى تقنيات تعتمد على الكفة وأخرى بدون كفة. تظل الطرق المعتمدة على الكفة، بما في ذلك تقنيات القياس الاهتزازي وتقنيات السمع، المعيار الذهبي لقياس ضغط الدم، حيث تستخدم كفة قابلة للنفخ لقطع الشريان العضدي ومراقبة تدفق الدم عند تحرير الضغط. توفر هذه الطرق قراءات موثوقة في الإعدادات السريرية والمنزلية. بالمقابل، تشمل الطرق بدون كفة مجموعة من الأساليب المبتكرة، تعتمد بشكل أساسي على قياس التغيرات في حجم الدم باستخدام الضوء (PPG). يمكن تحسين PPG من خلال دمجه مع بيانات تخطيط القلب الكهربائي (ECG) لتحسين الدقة من خلال حساب زمن انتقال النبض (PTT)، وهو علامة بديلة لضغط الدم.
تشمل التقنيات بدون كفة أيضًا طرقًا تعتمد على الميكانيكا مثل تخطيط القلب الزلزالي (SCG) وتخطيط القلب الباليستيك (BCG)، التي تحلل الاهتزازات الناتجة عن النشاط القلبي لتقدير ضغط الدم. تشمل الطرق الأخرى أجهزة استشعار بيزو كهربائية تكشف عن الإجهاد الميكانيكي الناتج عن نبضات الشرايين، وتقنيات الموجات فوق الصوتية التي تتعقب سرعة تدفق الدم، وطرق تعتمد على المقاومة تقيس التغيرات في الجهد بسبب تدفق الدم. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم الطرق غير التلامسية مثل الرادار وPPG عن بُعد (rPPG) تقنيات غير غازية لالتقاط إشارات القلب والأوعية الدموية دون تلامس مباشر مع الجلد. غالبًا ما تتضمن هذه التقنيات المتقدمة نماذج تعلم الآلة لتعزيز دقة تقدير ضغط الدم، مما يظهر المشهد المتطور لتقنيات مراقبة ضغط الدم.
النتائج
في قسم النتائج، استخدمت الدراسة درجات Z القياسية لتسهيل المقارنات العادلة عبر دراسات مختلفة، حيث تم حساب هذه الدرجات على أساس كل دراسة. تم تحديد درجة Z لكل دراسة \( i \) باستخدام الصيغة \( z_i = \frac{\text{error}_i}{\text{STD}_i} \)، حيث تم الإبلاغ عن مقياس الخطأ (مثل متوسط الخطأ المطلق (MAE) أو متوسط الخطأ (ME)) والانحراف المعياري المقابل (STD) ضمن نفس الدراسة. ضمنت هذه الطريقة أن الدراسات التي تحتوي على بيانات كاملة فقط هي التي تم تضمينها، مستبعدة تلك التي قدمت مقاييس غير قياسية.
كشفت التحليل المقارن للأخطاء القياسية أن الأنظمة المعتمدة على الكفة كانت لديها أدنى درجات Z المطلقة لكل من ضغط الدم الانقباضي (0.56) والانبساطي (0.56)، مما يدل على موثوقيتها وتناسقها كمعايير سريرية. ومع ذلك، فإن هذه الطرق محدودة بقدرتها على القياس المتقطع والراحة المحتملة، مما يمكن أن يؤثر على الالتزام طويل الأمد للمرضى. أدت الطرق المشتقة من قواعد البيانات بدون كفة إلى أداء قريب، مع درجات Z تبلغ 0.69 للضغط الانقباضي و0.67 للضغط الانبساطي، مما يشير إلى أن النماذج المدفوعة بالذكاء الاصطناعي يمكن أن تقترب من دقة الطرق المعتمدة على الكفة، على الرغم من المخاوف المتعلقة بصلاحيتها الخارجية. بالمقابل، أظهرت الطرق التجريبية بدون كفة والطرق غير التلامسية أخطاءً أعلى بكثير (1.55 و1.67 للضغط الانقباضي، على التوالي)، مما يبرز التحديات في المعايرة والحساسية البيئية. بشكل عام، بينما تعتبر الطرق المعتمدة على الكفة الأكثر دقة، فإنها تفتقر إلى الراحة وقدرات المراقبة المستمرة، بينما تقدم البدائل بدون كفة وغير التلامسية قابلية الاستخدام على حساب الموثوقية.
المناقشة
تحدد قسم المناقشة من ورقة البحث المنهجية المستخدمة في مراجعة تقنيات قياس ضغط الدم (BP) غير الغازية، ملتزمة بإطار عمل PRISMA. تشمل المراجعة المقالات المنشورة من يناير 2020 إلى فبراير 2024، مع تضمين دراسات ذات صلة إضافية من أوائل 2025 لالتقاط التقدمات الحديثة. تم تحديد ما مجموعه 1142 مقالة في البداية من خلال عمليات بحث بالكلمات الرئيسية في قواعد بيانات EBSCO وIEEE Xplore، مع التركيز على تقنيات قياس ضغط الدم غير الغازية. بعد عملية فحص صارمة، تم اختيار 146 مقالة للتحليل التفصيلي، تتكون من 82 ورقة مؤتمر، و56 مقالة بحثية، و8 مقالات مراجعة. يبرز هذا الاختيار التزام المراجعة بفهم شامل لطرق قياس ضغط الدم غير الغازية.
تصنف المراجعة تقنيات قياس ضغط الدم غير الغازية إلى ثلاث مجموعات رئيسية: طرق تعتمد على الكفة، وطرق بدون كفة، وطرق غير تلامسية. تعتبر الطرق المعتمدة على الكفة، على الرغم من تأسيسها سريريًا، محدودة بالقياسات المتقطعة. بالمقابل، تستخدم الطرق بدون كفة إشارات فسيولوجية مثل قياس التغيرات في حجم الدم باستخدام الضوء (PPG) وتخطيط القلب الكهربائي (ECG) للمراقبة المستمرة، على الرغم من الحاجة إلى المعايرة الفردية. تعتمد الطرق غير التلامسية، التي تعمل دون تلامس جسدي، على تقنيات الاستشعار عن بُعد ولكن تواجه تحديات تتعلق بضوضاء الإشارة والدقة. تبرز الورقة الزيادة المتزايدة في استخدام التقنيات بدون كفة في الأبحاث الحالية، مشيرة إلى مزاياها للمراقبة المستمرة على الرغم من عدم اليقين في القياسات. بشكل عام، تؤكد النتائج على المشهد المتطور لقياس ضغط الدم غير الغازي، مع اتجاه واضح نحو حلول أكثر سهولة في الاستخدام ومراقبة مستمرة.
القيود
تقر هذه المراجعة بعدة قيود تؤثر على نتائجها. أولاً، كشفت الاعتماد على التفاصيل المنهجية المبلغ عنها من الدراسات المضمنة عن عدم اتساق ونقص، خاصة فيما يتعلق بإجراءات المعايرة، والخصائص السكانية للمشاركين، وظروف القياس. تعيق هذه الافتقار إلى الشفافية قابلية المقارنة للنتائج عبر الدراسات. ثانيًا، تطلبت التباينات في تصاميم الدراسات ومقاييس النتائج توحيدًا من خلال درجات Z، والتي، على الرغم من تسهيل المقارنات، قد تبسط الفروق الدقيقة في المنهجيات والتقارير الإحصائية.
بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء معظم الدراسات في بيئات مختبرية خاضعة للرقابة، مع قلة من الدراسات التي تناولت سيناريوهات ديناميكية أو مجموعات مرضى متنوعة، مما يحد من قابلية تعميم النتائج على الممارسة السريرية في العالم الحقيقي. تم الإبلاغ عن اعتبارات عملية مثل تكلفة الجهاز، وعمر البطارية، والمتانة على المدى الطويل، والتزام المرضى بشكل نادر، مما أدى إلى مناقشة أكثر نوعية من الكمية حول القابلية للاستخدام وقابلية التوسع. أخيرًا، تعكس المراجعة توزيعًا غير متساوٍ للأدبيات، مع هيمنة الطرق بدون كفة وغير التلامسية، بينما كانت تقنيات القابلية للارتداء ممثلة تمثيلًا ناقصًا. يحد هذا التمثيل الناقص من التقييم الشامل للإمكانات المستقبلية لتقنيات القابلية للارتداء في مراقبة ضغط الدم، مما يشير إلى أن الاستنتاجات المستخلصة يجب أن تُعتبر مؤشرات على الاتجاهات الناشئة بدلاً من أدلة قاطعة على جاهزية سريرية.
DOI: https://doi.org/10.1109/tim.2025.3650271
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Terezie Kauzlaricova et al.
Primary Topic: Non-Invasive Vital Sign Monitoring
Overview
The review systematically examines recent advancements in noninvasive blood pressure (BP) monitoring techniques, focusing on studies published from 2020 to 2024. It categorizes BP measurement methods into cuff-based, cuffless, and contactless approaches, emphasizing innovative technologies such as photoplethysmography (PPG), electrocardiography (ECG), bioimpedance (BIOZ), radar sensing, and remote PPG (rPPG). The integration of artificial intelligence (AI) for enhancing signal processing and BP estimation is also highlighted. The analysis evaluates the performance, clinical relevance, and practical applicability of these modalities, noting that while cuffless and contactless methods offer significant potential for continuous and user-friendly monitoring, their accuracy often hinges on calibration and sophisticated algorithm design.
The conclusion underscores the transformative impact of noninvasive BP monitoring on cardiovascular care, contrasting the established accuracy of cuff-based devices with the emerging capabilities of cuffless and contactless technologies. By employing a dual-perspective framework that combines quantitative and qualitative assessments, the review identifies key trade-offs: cuff-based methods provide reliable accuracy, while AI-driven and multimodal cuffless methods show promise for wearable applications. However, contactless solutions face challenges related to technical variability. The review calls for standardized validation protocols, broader clinical testing, and ethical considerations in AI deployment to ensure the successful integration of these technologies into healthcare. Ultimately, the ongoing evolution of noninvasive BP monitoring holds the potential to enhance accessibility, personalization, and preventive care in hypertension management globally.
Introduction
The introduction of the research paper emphasizes the critical importance of accurate blood pressure (BP) measurement in diagnosing and managing hypertension, a condition that significantly elevates the risk of cardiovascular diseases and renal failure. Hypertension affects a substantial portion of the global population, with the World Health Organization reporting prevalence rates of approximately 24% in men and 20.5% in women. The paper highlights the consequences of inaccurate BP readings, which can lead to misdiagnosis and inappropriate treatment, stressing the need for reliable monitoring techniques to prevent severe health outcomes associated with chronic hypertension.
The study aims to provide a comprehensive review of contemporary BP measurement techniques, particularly focusing on noninvasive methods, including cuffless and contactless approaches. It seeks to evaluate their accuracy, clinical applicability, and potential integration with artificial intelligence (AI) technologies. By contrasting these methods with traditional cuff-based techniques, the research intends to explore whether advancements in machine learning and multimodal signal processing can yield comparable accuracy while enhancing convenience and continuous monitoring capabilities. The introduction sets the stage for a detailed examination of various measurement principles and methodologies, organized into distinct sections that will facilitate a thorough understanding of the advancements in BP monitoring technologies.
Methods
The section outlines various methods for measuring blood pressure (BP), categorized into cuff-based and cuffless techniques. Cuff-based methods, including oscillometric and auscultation techniques, remain the gold standard for BP measurement, utilizing an inflatable cuff to occlude the brachial artery and monitor blood flow as pressure is released. These methods provide reliable readings in clinical and home settings. In contrast, cuffless methods encompass a range of innovative approaches, primarily leveraging photoplethysmography (PPG), which detects blood volume changes using light. PPG can be enhanced by combining it with electrocardiogram (ECG) data to improve accuracy through the calculation of pulse transit time (PTT), a surrogate marker for BP.
Cuffless techniques also include mechanical-based methods like seismocardiography (SCG) and ballistocardiography (BCG), which analyze vibrations from cardiac activity to estimate BP. Other methods involve piezoelectric sensors that detect mechanical strain from arterial pulsations, ultrasound techniques that track blood flow velocity, and impedance-based methods that measure voltage changes due to blood flow. Additionally, contactless methods such as radar and remote PPG (rPPG) utilize non-invasive technologies to capture cardiovascular signals without direct skin contact. These advanced techniques often incorporate machine learning models to enhance BP estimation accuracy, demonstrating the evolving landscape of BP monitoring technologies.
Results
In the results section, the study employed standardized Z-scores to facilitate fair comparisons across various studies, calculating these scores on a study-wise basis. The Z-score for each study \( i \) was determined using the formula \( z_i = \frac{\text{error}_i}{\text{STD}_i} \), where the error metric (e.g., Mean Absolute Error (MAE) or Mean Error (ME)) and the corresponding standard deviation (STD) were reported within the same study. This approach ensured that only studies with complete data were included, excluding those that provided non-standard metrics.
The comparative analysis of standardized errors revealed that cuff-based systems had the lowest mean absolute Z-scores for both systolic (0.56) and diastolic (0.56) blood pressure, indicating their superior reliability and consistency as clinical benchmarks. However, these methods are limited by their intermittent measurement capability and potential discomfort, which can affect long-term patient compliance. Cuffless database-derived methods performed closely, with Z-scores of 0.69 for systolic and 0.67 for diastolic blood pressure, suggesting that AI-driven models can approximate cuff-based accuracy, albeit with concerns regarding their external validity. In contrast, cuffless experimental methods and contactless approaches exhibited significantly higher errors (1.55 and 1.67 for systolic, respectively), highlighting challenges in calibration and environmental sensitivity. Overall, while cuff-based methods are the most accurate, they lack comfort and continuous monitoring capabilities, whereas cuffless and contactless alternatives offer usability at the expense of reliability.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the methodology employed in the review of noninvasive blood pressure (BP) measurement techniques, adhering to the PRISMA framework. The review encompasses articles published from January 2020 to February 2024, with additional relevant studies from early 2025 included to capture recent advancements. A total of 1142 articles were initially identified through keyword searches in EBSCO and IEEE Xplore databases, focusing on noninvasive BP measurement techniques. After a rigorous screening process, 146 articles were selected for detailed analysis, comprising 82 conference papers, 56 research articles, and 8 review articles. This selection emphasizes the review’s commitment to a comprehensive understanding of noninvasive BP measurement methods.
The review categorizes noninvasive BP measurement techniques into three primary groups: cuff-based, cuffless, and contactless methods. Cuff-based methods, while clinically established, are limited to intermittent measurements. In contrast, cuffless methods utilize physiological signals such as photoplethysmography (PPG) and electrocardiography (ECG) for continuous monitoring, albeit with the need for individual calibration. Contactless methods, which operate without physical contact, rely on remote sensing technologies but face challenges related to signal noise and accuracy. The paper highlights the growing prevalence of cuffless techniques in current research, noting their advantages for ongoing monitoring despite inherent measurement uncertainties. Overall, the findings underscore the evolving landscape of noninvasive BP measurement, with a clear trend towards more user-friendly and continuous monitoring solutions.
Limitations
This review acknowledges several limitations that impact its findings. Firstly, the reliance on reported methodological details from included studies revealed inconsistencies and incompleteness, particularly regarding calibration procedures, participant demographics, and measurement conditions. This lack of transparency hampers the comparability of results across studies. Secondly, the heterogeneity in study designs and outcome metrics required standardization through Z-scores, which, while facilitating comparisons, may oversimplify the nuanced differences in methodologies and statistical reporting.
Additionally, most studies were conducted in controlled laboratory settings, with few addressing dynamic scenarios or diverse patient populations, thus limiting the generalizability of the findings to real-world clinical practice. Practical considerations such as device cost, battery life, long-term durability, and patient adherence were infrequently reported, resulting in a more qualitative than quantitative discussion of usability and scalability. Lastly, the review reflects an uneven distribution of literature, with a predominance of cuffless and contactless methods, while wearable technologies were underrepresented. This under-representation restricts a comprehensive assessment of the future potential of wearables in blood pressure monitoring, suggesting that the conclusions drawn should be viewed as indicative of emerging trends rather than definitive evidence of clinical readiness.