偏振光技术助力提升可穿戴健康传感器在不同肤色人群中的测量精度
光电容积脉搏波描记法（PPG）作为一种光学传感手段，广泛用于监测血容量变化，是医疗级血氧仪到消费级智能手表等多种可穿戴设备的核心技术。
尽管PPG技术在各类应用中表现良好，但其测量性能在不同个体之间存在显著差异，尤其在不同肤色人群中尤为明显。深色皮肤中含有更高浓度的黑色素，而黑色素会吸收或散射光信号，从而干扰PPG的检测精度，影响血氧饱和度等关键生理参数的可靠性。
现有难题与研究进展
当前为提升PPG精度所采用的方法，大多集中在软件层面，例如通过高级滤波算法或机器学习模型去除运动伪影或接触不良带来的噪声。然而，这类策略难以从根本上解决光与皮肤组织相互作用所引发的信号质量问题。
近期，一项发表于《生物光子学发现》期刊的研究，由布朗大学团队完成，提出了一种创新方法，从光学层面直接改善PPG信号的采集质量。
偏振敏感PPG传感器的机制
研究人员开发出一种可穿戴的偏振敏感PPG传感器，通过控制光的偏振方向，优先采集来自深层血管的信号，从而避免黑色素层的干扰。该装置将入射光分为两个通道：一个通道负责检测与入射光偏振方向一致的信号，另一个通道则用于捕捉垂直偏振的光信号。这一设计有效过滤了表层组织的散射光，增强了来自深层组织的信号强度。
在对浅色、中等色和深色皮肤志愿者进行的测试中，研究人员发现，在红色（655 nm）和红外（940 nm）波长下，交叉偏振条件均能带来更高的灌注指数（PI），尤其是在深色皮肤个体中，红色波长下的信号增强效果尤为显著。
对PPG技术未来发展的意义
研究人员强调，目前的研究结果仍处于初步阶段，未来还需要更大规模的临床验证。但该方法为减少PPG设备在不同肤色人群中的性能偏差提供了新思路，有助于推动更具包容性的医疗和消费级可穿戴设备的发展。
“多数PPG设备的研发重心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，“而我们则从光学工程角度出发，探索如何通过改进光本身来获取更优质的PPG信号。我们相信，这只是这一新方向的开端。”
更多信息可参考：Rutendo Jakachira 等人，《针对不同肤色人群的偏振敏感双波长可穿戴光电容积脉搏波描记传感器的评估》，《生物光子学发现》，2025年，DOI: 10.1117/1.bios.3.1.012509
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