偏振光技术有望提升可穿戴健康传感器对各肤色人群的测量精度
光电容积脉搏波描记法（PPG）是一种常见的光学传感技术，广泛应用于医疗级脉搏血氧仪及消费级可穿戴设备中，用于监测心率、血氧饱和度和睡眠质量等健康指标。
尽管PPG技术已被广泛部署，其测量结果在不同个体间存在显著差异，尤其在肤色较深的人群中，黑色素含量较高，会吸收和散射部分入射光，从而影响信号质量，降低血氧等生理参数的测量可靠性。
当前技术瓶颈与研究新方向
目前，提高PPG测量精度的主要策略集中在软件层面，例如采用先进的数字滤波技术或机器学习算法，以消除运动伪影或传感器接触不良带来的噪声。然而，这些手段仅能优化已有信号，而无法从根本上改善光与皮肤组织之间的光学交互。
最近，一项由布朗大学团队在《生物光子学发现》期刊上发表的研究提出了一种全新的硬件方法，旨在从光学物理层面优化PPG信号采集。
基于偏振光的新型PPG传感器设计
该研究团队开发了一款偏振敏感型PPG传感器，通过利用光波偏振方向的差异，优先采集来自深层血管区域的光信号，而非黑色素富集的表皮层。该传感器将入射光分为两个通道：一个通道采集与入射光偏振方向一致的同偏振光，另一个通道则检测垂直偏振方向的交叉偏振光。
这种偏振分离机制有助于降低表层组织的光散射影响，提升来自深层组织的信号强度。在针对浅色、中等色和深色皮肤的志愿者测试中，交叉偏振通道在红光（655 nm）和近红外（940 nm）波长下均表现出更高的灌注指数（PI），特别是在深色皮肤个体中，红光通道的信号质量提升尤为明显。
偏振技术对未来健康监测的意义
研究团队强调，目前的测试结果仍处于初步阶段，后续还需更大规模的临床验证。尽管如此，该方法为减少PPG设备在不同种族和肤色人群中的性能差异提供了新的方向，有助于推动更具包容性的健康监测技术的发展。
“当前很多PPG设备的研发重点都集中在数字信号处理算法上，”该研究的通讯作者Kimani C. Toussaint, Jr.表示，“而我们选择从光本身出发，通过工程手段优化光学路径。我们认为，这种方法可能代表了PPG信号质量提升的一种全新思路，而当前的工作只是这个方向的起点。”
更多信息：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)。DOI: 10.1117/1.bios.3.1.012509
由SPIE提供。