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详解心率监测穿戴设备的原理作用及使用时的注意要点

心率通常是指心脏在一分钟内跳动的次数,它反映了在某个特定周期内心脏活动的规律特性。在以前,心率测量基本只用在医学诊断和治疗上,采用的是心电图的测量方式。如今,伴随着智能穿戴热潮的到来与发展,心率测量也开始被用到了穿戴手环及手表上,并逐步成为标配功能。

 

可提供心率监测的智能手表。资料图


心率可穿戴设备的作用

穿戴设备的大热,使得心率测量也随之大为盛行。而当前的心率测量无非于两方面的作用:一是反应我们的身体健康状况,及时发现可能与心脏有关的问题。二是对于健身爱好者的运动指导,通过了解心率状况以便对锻炼强度进行控制,避免身体“吃不消”。也许,对一个心率正常的人来说,追踪心率的意义不大。但相信随着移动心率测量技术的发展,便携式心率设备终将在我们的生活中发挥举足轻重的作用。

 

Apple Watch内置的心率监测元件。资料图


可穿戴设备心率测量的原理

目前,对于穿戴设备来说主要有两种测量方法,简单来说分别是光学式和电脉冲式。

其中,电脉冲测量使用干性电极技术获取人体心电数据,通过峰值检测得到心率,道理和心电图测量如出一辙。而这种测量方式也是较早被用于穿戴式产品开发中,对应的产品主要是心率带。该测量方式的优点是准确度高且不易受其他因素影响。但由于心率带需佩戴在胸前使用,有明显的束缚感,体验性差,因此影响到了其普及的速度。

 

光学式心率测量原理,资料图


在穿戴设备上另一种常见的心率测量是基于名叫“光电容积图”(PPG)的技术。该方法利用了血液对绿光的吸收性,通过测量反射光强的变化来反映血流量的变化,也即心脏的收缩(血流量高,反射光线弱)和舒张(与收缩情况相反),从而得到对应的心率数据。目前,大部分的腕带式心率测量设备都采用了该测量方式,包括Fitbit、Apple Watch和Mio的一系列心率测量产品。

 

光学式心率可穿戴设备在使用过程中仍需注意一些问题,资料图


光学式心率可穿戴设备的现状及使用时的注意要点

尽管现在市场上绝大部分的心率测量穿戴设备都采用的是PPG的测量原理,无论是从测量还是使用上来看都比较方便。但唯独在测量精度、稳定性方面却时常表现得不尽如人意,误差较大。

 

Apple Watch的心率监测。资料图


在腕带式心率测量设备的使用过程中,通常会要求携带者佩戴严实,以避免漏光而使得环境光线对测量产生干扰。此外,皮肤的颜色、毛发和汗液也多多少少会对测量造成影响。一般来说,肤色越深的人光线越是难以穿透。而肤色越浅的人,反射光则在明亮的光束下又越容易散掉。为此,我们也从用户反馈中窥得其中端倪。一位Samsung Gear 2的黑人用户表示:肤色深的人根本用不了!我肤色还不算最深的,但是设备却没有一次能正常工作。而当我把传感器移到指尖(手上肤色较浅的地方),设备就能好好运作。

影响光学心率测量设备精度的还有另一个重要因素,那就是测量点的选择。由于腕部毛细血管狭窄,当血液循环至此时,流速已经慢了下来,无法真实反映及时心率。从上面的一个例子不难发现,人体指尖也是准确测量心率的一个绝佳位置。甚至有实验显示,在指尖处测量心率的精度要比手腕处高。这主要是因为指尖有一条直通心脏的动脉血管,血液的流速紧随心脏每一次的怦动。而指尖皮肤呈半透明,有利于光的穿透,这进一步方便了光学传感器在指尖的读数。本文由传感器专家网整理发布,转载请注明http://www.sensorexpert.com.cn/

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