Vitals on the wrist Sensor development for unobtrusive and ubiquitous cardiovascular monitoring

Abstract

English summary: Cardiovascular monitoring has become ubiquitous with the advent of modern smartwatches and smartphones. We can track our heart rates and oxygen saturation through the day, as we sleep, we can record our breathing rate and how much we toss and turn. Some devices allow for detection of arrhythmia. An additional vital sign has been a high research priority. Tracking blood pressure at the same level of ease and high temporal resolution offers to revolutionize diagnosis and management of hypertension, as well as ambulatory blood pressure research. Bringing about this vision has proven difficult. Developments in sensor systems, physiological understanding, and signal processing have brought this technology to the cusp of reliability. This thesis presents seven contributions revolving around a central study of a wrist-worn wearable sensor intended to investigate novel approaches for blood pressure estimation. Supporting this study are several sub-projects contributing to technology development and problem understanding. The primary results indicate that the use of such sensors, in combination with advanced signal processing and deep learning techniques, allows for the non-invasive estimation of blood pressure and arterial stiffness even during moderate to high-intensity exercise. The additional contributions offer insights into the domain applications, further enriching their respective bodies of literature.

Norsk sammendrag: Med moderne smartklokker og smarttelefoner har overvåking av hjerte- og karsystemet blitt dagligdags. Vi kan følge hjertefrekvens og oksygenmetning gjennom dagen, mens vi sover kan vi logge pustefrekvens og hvor urolige vi er. Noen enheter kan også detektere arytmier. En annen parameter har vært en høy forskningsprioritet. Overvåkning av blodtrykk med samme letthet og høye tidsoppløsning kan revolusjonere diagnose og behandling av hypertensjon så vel som ambulant blodtrykksforskning. Å realisere denne visjonen har vist seg å være vanskelig. Utviklinger innen sensorsystemer, fysiologisk forståelse og signalbehandling har brakt teknologien til randen av pålitelighet. Denne avhandlingen presenterer syv bidrag som bygger opp om en sentral studie av en bærbar sensor ment for å undersøke nye metoder for blodtrykksestimering. Støttende for denne studien er flere underprosjekter som har bidratt til teknologiutvikling og problemforståelse. Hovedresultatene indikerer at bruk av disse sensorene, i kombinasjon med avansert signalbehandling og maskinlæringsteknikker som dyp læring, muliggjør ikke-invasiv estimering av blodtrykk og arteriestivhet selv under moderat til høy intensitet trening. De ytterligere bidragene gir innsikt i respektive domeneapplikasjoner og beriker den respektive litteraturen.