偏振光提升可穿戴健康传感器在多肤色人群中的测量精度
在健康监测领域，光电容积描记（PPG）技术广泛应用于从医院级别的脉搏血氧仪到消费级可穿戴设备，用以追踪心率、睡眠质量及血液含氧量。然而，PPG测量结果在不同肤色人群中存在显著差异。深色皮肤中较高的黑色素含量会导致光线被吸收或散射，从而影响PPG信号的质量与可靠性。
为了解决这一问题，研究人员开始探索新的光学解决方案，而非仅仅依赖软件算法来提升信号质量。传统上，多数改进措施集中于使用高级滤波或机器学习方法处理数据噪声，但这并未真正解决光与组织之间相互作用的根本问题。
新方法直击光-组织相互作用
近期，一项发表于《生物光子学发现》期刊的研究提出了一种创新的光学方法。布朗大学的团队开发出一种可穿戴的偏振敏感PPG传感器，该设备通过光的方向性选择性地捕捉来自深层血管的信号，从而绕过富含黑色素的表层皮肤。
该传感器将入射光分为两个通道：一个通道检测与入射光偏振方向一致的共偏振光，另一个通道检测与入射光垂直的交叉偏振光。这种结构设计有助于过滤掉表层组织的散射光，从而增强来自深层组织的信号。
在测试中，研究人员招募了具有浅色、中色和深色肤色的志愿者。实验显示，交叉偏振条件下的灌注指数（PI）在红光（655纳米）和红外光（940纳米）波段均显著提高。特别是在红光波段下，深色皮肤的表现改善尤为明显。
技术革新推动医疗设备公平性
尽管该研究仍处于早期阶段，研究人员强调未来还需更大规模的临床验证，但这一方法为减少PPG技术在不同人群中的系统性偏差提供了新思路。
“大多数PPG设备的研发重点放在数字信号处理算法的优化上，”该研究的资深作者Kimani C. Toussaint Jr.表示，“而我们从光学层面出发，探索光本身的工程潜力。我们认为这可能是获取更高质量PPG信号的一种全新方法。”
更多信息：Rutendo Jakachira 等，《偏振感应双波长可穿戴光电容积刻记传感器在多种肤色下的评估》，《生物光子学发现》（2025）。DOI：10.1117/1.bios.3.1.012509
由SPIE提供