日期：2022-04-29
光電容積描記術(shù) (PPG) 是一種簡(jiǎn)單且廉價(jià)的光學(xué)測(cè)量方法，通常用于心率監(jiān)測(cè)目的。PPG 是一種非侵入性技術(shù)，它使用光源和皮膚表面的光電探測(cè)器來(lái)測(cè)量血液循環(huán)的體積變化。最近，全球眾多研究人員對(duì)從 PPG 信號(hào)中提取更多有價(jià)值的信息以及心率估計(jì)和脈搏血氧飽和度讀數(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣。PPG 信號(hào)的二階導(dǎo)數(shù)波包含重要的健康相關(guān)信息。
PPG傳感器一、監(jiān)控設(shè)備
典型的 PPG 設(shè)備包含一個(gè)光源和一個(gè)光電探測(cè)器。光源向組織發(fā)射光，光電探測(cè)器測(cè)量來(lái)自組織的反射光。反射光與血容量變化成比例。23與心電圖類(lèi)似，PPG 波也有助于診斷心律失常(心律不齊)，因?yàn)樗鼈兡軌蚩煽康仫@示心臟和呼吸活動(dòng)。最常見(jiàn)的 PPG 傳感器使用紅外發(fā)光二極管 (IR-LED) 或綠色 LED 作為主要光源。IR-LED 最常用于測(cè)量更深地集中在身體某些部位(如肌肉)的血液流量，而綠光通常用于計(jì)算氧合血紅蛋白(含氧血)和脫氧血紅蛋白(血液沒(méi)有氧氣存在)。
PPG傳感器二、特定位置
傳統(tǒng)的基于 ECG 的系統(tǒng)需要至少三個(gè)放置在不同身體位置(如右臂、左臂和右腿)的生物電極才能有效運(yùn)行。這一要求極大地限制了患者的活動(dòng)靈活性。此外，如果將 PPG 傳感器放置在易于訪問(wèn)的特定解剖位置(例如耳垂和指尖)，可以更有效地運(yùn)行所需的 PPG 信號(hào)，從而以更高的質(zhì)量收集所需的 PPG 信號(hào)。因此，必須找到能夠保證傳感器數(shù)據(jù)最佳質(zhì)量的特定測(cè)量站點(diǎn)。PPG 傳感器以?xún)煞N不同的不同形式設(shè)計(jì)：透射模式和反射模式。
PPG傳感器三、腕帶式 PPG 設(shè)備
與現(xiàn)有的各種基于 PPG 的心率監(jiān)測(cè)設(shè)備相比，腕帶式 PPG 被認(rèn)為是最受歡迎和首選的設(shè)備。其受歡迎的部分原因在于其顯著的特性，例如價(jià)格低廉、高度便攜以及用戶佩戴非常方便。但是，這些設(shè)備也有其自身的局限性。迄今為止，在各種研究中已經(jīng)提出了一些解決腕式 PPG 設(shè)備在臨床設(shè)置中的缺點(diǎn)的建議。例如，在 Lee 等人，32提出了一種新型手表 PPG 探針，該探針位于患者手腕的尺動(dòng)脈和橈動(dòng)脈上，而不是作為常見(jiàn)測(cè)量部位的毛細(xì)血管。所提出的設(shè)備通過(guò)使用傳感器陣列、IR-LED 和光電晶體管提高了 PPG 信號(hào)的靈敏度和準(zhǔn)確性。
PPG傳感器四、額頭型 PPG 設(shè)備
人的前額也可以用作使用 PPG 設(shè)備進(jìn)行心率監(jiān)測(cè)的替代部位。通常，來(lái)自人的額頭的光信號(hào)的反射率相對(duì)較強(qiáng)。這是因?yàn)槿祟?lèi)頭骨被相對(duì)較薄的皮膚覆蓋，同時(shí)前額區(qū)域的血管密度更高。將反射模式 PPG 傳感器放置在某人的前額上已顯示出對(duì)低灌注環(huán)境中脈動(dòng)信號(hào)變化的改進(jìn)反應(yīng)。18先前的研究如18表明，在人體前額放置 PPG 傳感器可以減輕運(yùn)動(dòng)偽影對(duì) PPG 信號(hào)質(zhì)量的破壞性影響，特別是在輕度身體活動(dòng)期間。Mendelson 等人，35使用了六個(gè)安裝在士兵頭盔上的光電探測(cè)器。他們發(fā)現(xiàn)，在傳感器和組織之間使用最小的壓力可以從人的前額產(chǎn)生更少的噪音信號(hào)。35
PPG傳感器五、耳式 PPG 設(shè)備
耳垂是基于 PPG 的設(shè)備最常用的測(cè)量部位之一。這是因?yàn)槎共皇怯绍浌墙M成的科學(xué)事實(shí)，因此它們含有大量的血液供應(yīng)。此外，與其他四肢相比，耳垂更不容易受到運(yùn)動(dòng)偽影的影響。過(guò)去使用磁性耳夾和耳機(jī)來(lái)獲取 PPG 信號(hào)。Poh 等人36提出將磁性耳環(huán)傳感器放置在耳垂上。除了耳環(huán)，耳式PPG傳感器也可以設(shè)計(jì)并集成到耳機(jī)和耳塞中，為用戶提供更多的舒適感。18將 PPG 傳感器放入耳朵后，傳感器耳塞可以緊靠耳屏放置，以便能夠感應(yīng)從皮下血管反射的光。18或者，可以將 PPG 傳感器放置在耳道中。Budidha 等人37證明，通過(guò)在耳道中放置 PPG 傳感器，可以收集到更準(zhǔn)確的信號(hào)。
PPG傳感器六、光電容積脈搏
光電容積脈搏波傳感器被設(shè)計(jì)成不同的類(lèi)型，但它們都可以測(cè)量血容量的變化并提供相似的結(jié)果，盡管設(shè)計(jì)存在這些差異。38非典型 PPG 傳感器通過(guò)一個(gè)或多個(gè) LED 在組織部位發(fā)光。光電二極管測(cè)量從組織反射的非吸收光的強(qiáng)度。39大多數(shù)科學(xué)試驗(yàn)中使用的 LED 顏色是紅色和綠色;然而，在一些研究中也使用了黃色 LED。40波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光能更深入地滲透到組織中。41例如，與綠光相比，紅外光在皮膚中的穿透深度更有效。
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