日期：2022-07-15
許多智能手表和其他數(shù)字健身追蹤器都具有測量心率的功能。然而，Stat News最近的一份報告表明，這些心率監(jiān)測器對于有色人種來說可能并不那么準(zhǔn)確，而且你的皮膚越黑，讀數(shù)就越不可靠。最常見的可穿戴心率傳感器使用一種稱為光電容積描記術(shù)(PPG) 的光學(xué)技術(shù)，該技術(shù)使用光來估計動脈體積。可穿戴的 PPG 傳感器向皮膚發(fā)射光。大部分穿透皮膚的光被身體組織吸收，但也有一些被反射。反射的光量取決于幾個因素，其中之一是皮膚表面附近的動脈體積。
光學(xué)心率傳感器一、深層組織反射
動脈中的血液比周圍的身體組織更能吸收光線，因此當(dāng)動脈因脈動血壓而收縮和膨脹時，反射光的強度會上升和下降。PPG 設(shè)備檢測反射光的這種變化并使用它來估計您的心率。但是可靠地實現(xiàn)這一點可能很困難。PPG 傳感器中光色的選擇是一個折衷的問題。紅色和紅外光最容易穿過皮膚，使傳感器能夠更深入地“看到”身體——不僅可以接收來自血管的反射，還可以接收來自更深層組織的反射，包括肌肉和肌腱。因此，與其他顏色相比，使用紅光的 PPG 傳感器更容易受到運動干擾。
光學(xué)心率傳感器二、心率信號
紅光傳感器也會受到更多外部光的干擾，這使得心率信號更難隔離。藍(lán)光對人體的穿透力非常差，以至于只能到達(dá)脈搏波最弱的表面上最細(xì)小的血管。綠光的穿透力比藍(lán)光好，但比紅光差。這意味著綠光 PPG 傳感器可以感知體內(nèi)較大的血管，而不會受到更深組織的過多干擾，從而提供更好的對比度信號，易于檢測，并且對運動誤差的敏感性低于紅光。因此，大多數(shù)設(shè)計為在移動中使用的消費類傳感器都使用綠燈。
光學(xué)心率傳感器三、膚色的影響
皮膚顏色由皮膚色素黑色素的濃度決定，深色皮膚比淺色皮膚含有更多的黑色素。黑色素是一種天然防曬劑，它通過吸收有害的紫外線輻射來保護(hù)皮膚，否則會損害細(xì)胞。黑色素對可見光的吸收隨顏色的不同而顯著變化。它幾乎完全阻擋紫光，但對紅光幾乎沒有影響。介于這些極端之間。經(jīng)測量，它通過深色皮膚的傳播不到淺色皮膚的一半。在 PPG 傳感器中，這種差異意味著更少的光線到達(dá)皮膚較深的人的血管，因此接收到的信號更弱，更容易出錯。
光學(xué)心率傳感器四、光學(xué)噪聲
運動會產(chǎn)生大量噪聲，從而干擾傳感器。當(dāng)光線照射在皮膚上時，只有一小部分光線會返回傳感器，而在收集的總光線中，只有大約 100 倍。它的 1/100 可能表明血流。其余是由于其他材料光皮膚、肌肉、肌腱等造成的散射信號。
光學(xué)心率傳感器五、膚色/顏色
PPG 光學(xué)傳感器使用綠光，因為我們的身體和血液善于吸收它，而且受運動的影響較小。然而，它可能會出現(xiàn)深色紋身、汗水甚至手臂毛發(fā)的問題傳感器位置- 手腕不是準(zhǔn)確 PPG 監(jiān)測心率的最佳位置，因為該區(qū)域(肌肉、肌腱、骨骼等)產(chǎn)生的光學(xué)噪聲要高得多，而且血管結(jié)構(gòu)和人的血液灌注差異很大低灌注- 身體將血液輸送到毛細(xì)血管床的過程中的灌注?？拷眢w四肢的低灌注會導(dǎo)致較低的信噪比，從而使血流信號更難以解釋為準(zhǔn)確的心率記錄。
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