偏振光技术提升可穿戴健康传感器对各类肤色的检测精度
光电容积脉搏波描记法（PPG）是一种利用光学原理监测血液容量变化的技术，广泛应用于从医疗级血氧仪到消费类可穿戴设备等多个领域，用于追踪心率、血氧饱和度及睡眠质量等健康参数。
尽管PPG技术已较为成熟，其测量精度在不同人群中仍存在明显差异，特别是在肤色较深的群体中表现更为显著。黑色素含量较高的皮肤会吸收并散射光线，从而干扰PPG信号的稳定性，影响血氧等关键生理参数的准确性。
现有技术的局限与最新进展
当前，多数提升PPG信号质量的方法主要依赖软件层面的优化，如采用高级滤波技术或机器学习模型来减少由运动伪影或传感器贴合不稳所引起的噪声。然而，这些策略往往难以从根本上改善光与组织之间的相互作用。
针对这一问题，布朗大学的研究人员在《生物光子学发现》杂志上发表了一项研究，提出了一种全新的解决方案，从光学角度直接提升PPG信号的质量。
新型偏振敏感PPG传感器的运行机制
研究人员开发了一款可穿戴偏振敏感PPG传感器，该设备通过控制光的偏振状态，优先采集源自深层血管的信号，从而降低来自表皮黑色素的干扰。传感器将入射光分为两个通道：一个通道探测与入射光方向一致的同偏振光，另一个通道捕捉垂直于入射方向的交叉偏振光。
这种设计能够有效消除表层组织的散射效应，并增强来自皮下血管的信号。实验中，研究人员测试了浅色、中等色和深色皮肤的志愿者，结果表明，交叉偏振通道在红色（655 nm）和红外（940 nm）波长下均表现出更高的灌注指数（PI）值，尤其在深色皮肤个体中，红色波长下的信号质量提升尤为明显。
PPG技术未来的发展方向
研究团队强调，尽管初步测试结果令人鼓舞，但仍需更大规模的临床验证。若该技术得以推广，有望大幅减少现有PPG设备在不同肤色人群中的测量偏差，推动更公平、更精准的健康监测设备发展。
“目前大多数PPG设备的研发重点都放在数字信号处理算法上，”资深研究员Kimani C. Toussaint, Jr. 表示，“我们则从光学本身出发，探索如何通过优化光的物理特性来提升信号质量。我们相信，这种新的方法可能为PPG技术带来突破性进展。”
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
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