可穿戴設(shè)備一般都可以長(zhǎng)期佩戴，因此從誕生以來(lái)，它們就被賦予了一個(gè)重要的使命——監(jiān)測(cè)人體的各項(xiàng)生物指標(biāo)，比如睡眠監(jiān)測(cè)、心率監(jiān)測(cè)等等。目前，心率監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為智能手環(huán)和智能手表的標(biāo)配功能，一百多塊的產(chǎn)品也都配有心率監(jiān)測(cè)傳感器。這些手環(huán)和手表到底是怎么進(jìn)行心率監(jiān)測(cè)的？結(jié)果準(zhǔn)確嗎？今天我們就來(lái)討論一下這個(gè)問(wèn)題。
先從心率監(jiān)測(cè)的基本原理說(shuō)起。心率是指正常人安靜狀態(tài)下每分鐘的心跳次數(shù)，也叫安靜心率。成人正常心率為60-100次/分鐘，而運(yùn)動(dòng)員由于心肺功能較強(qiáng)，所以心率會(huì)比普通人低一些。心臟就像一個(gè)水泵，通過(guò)收縮和舒張把血液輸送到身體的各個(gè)部位。運(yùn)輸是血液的基本功能，氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都需要靠血液輸送才能到達(dá)全身各組織。
我們的許多行為都會(huì)對(duì)心率產(chǎn)生影響，比如吸煙或飲酒時(shí)，由于血液的攜氧能力降低，為了維持身體正常運(yùn)轉(zhuǎn)，心臟就需要輸送更多血液來(lái)保證供氧量，心率就會(huì)提高；運(yùn)動(dòng)時(shí)身體需要的供氧量增加，心率也會(huì)隨之提高。因此心率是反映我們身體狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)。
目前比較成熟的心率監(jiān)測(cè)方法主要有3種，分別是心電信號(hào)法、動(dòng)脈血壓法、以及光電法。
電脈沖測(cè)量使用干性電極技術(shù)獲取人體心電數(shù)據(jù)，通過(guò)峰值檢測(cè)的到心率，原理和心電圖類似。
心臟機(jī)械收縮之前，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電激動(dòng)，這種電激動(dòng)可以通過(guò)人體組織傳到體表，電脈沖測(cè)量法就是通過(guò)監(jiān)測(cè)這種電激動(dòng)來(lái)測(cè)出心率。
電脈沖測(cè)量準(zhǔn)確度最高，不過(guò)由于這種電信號(hào)的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，所以監(jiān)測(cè)用的兩個(gè)電極必須保持一定距離，這在體積很小的穿戴設(shè)備上也難以實(shí)現(xiàn)。
動(dòng)脈血壓法通過(guò)感知?jiǎng)用}血壓來(lái)監(jiān)測(cè)心率。心臟收縮時(shí)，動(dòng)脈中血液流量增加，血壓升高；心臟舒張時(shí)，動(dòng)脈中血液流量減少，血壓降低。這種血壓的變化十分明顯，用手就能感覺(jué)得到，所以過(guò)去才有“診脈”這種診斷方法。
動(dòng)脈血壓法的缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)，由于需要施加一定壓力才能感受到這種血壓變化，所以長(zhǎng)期佩戴這種設(shè)備肯定會(huì)帶來(lái)壓迫感和不適感，因此除了血壓計(jì)之外，在其他心率監(jiān)測(cè)設(shè)備中很少使用。
光電法基于光電容積圖（PPG）技術(shù)，分為透射式和反射式，透射式一般通過(guò)血氧含量測(cè)定心率。
血液中的血紅蛋白攜氧到達(dá)身體的各個(gè)部位，氧被身體消耗后，心臟泵血，將不帶氧等血紅蛋白送去補(bǔ)氧，同時(shí)帶來(lái)新的帶氧的血紅蛋白。這種循環(huán)和心率的變化是一致的，而帶氧的血紅蛋白和不帶氧的血紅蛋白對(duì)光的吸收率不同。通過(guò)發(fā)射特定波長(zhǎng)的光線測(cè)出血液的含氧情況，從而進(jìn)一步得到心率數(shù)據(jù)。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能同時(shí)測(cè)出心率和血氧飽和度兩個(gè)指標(biāo)，但由于必須要讓光線穿透人體組織，所以只能在指尖、耳垂等特定部位使用。手環(huán)需要佩戴在手腕上，并不滿足透射式PPG的使用條件，所以很少在穿戴設(shè)備上使用。
反射式則通過(guò)光線反射感應(yīng)血液流動(dòng)時(shí)血管體積的變化，從而測(cè)出心率。目前市面上穿戴設(shè)備，如 Apple Watch、小米手環(huán)2等，大多采用這種方法。所以你在這些設(shè)備的心率傳感器上可以很明顯的看到光線發(fā)射端和接收端，發(fā)射端發(fā)出綠光，接收端接受身體組織反射的光。
使用綠光，并不是因?yàn)檠菏羌t色的，而是因?yàn)樗鶛z測(cè)的部位除了血液和血管，還有其他組織，這會(huì)帶來(lái)一定的信號(hào)“噪聲”，影響監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，而綠光的抗燥能力最強(qiáng)。在透射式PPG中，使用的就是紅光，因?yàn)榧t光波長(zhǎng)比較長(zhǎng)，穿透力也更強(qiáng)。至于準(zhǔn)確性，我們平時(shí)的運(yùn)動(dòng)，姿勢(shì)，甚至皮膚顏色，都會(huì)對(duì)光電法的心率測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。所以大多數(shù)手環(huán)和手表測(cè)出的心率基本都不是完全準(zhǔn)確的，但基本能正確地反映出心率變化趨勢(shì)，對(duì)于普通人的運(yùn)動(dòng)心率監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)已經(jīng)夠用。
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2017-2-12 12:11 上傳
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