如今，大多数带有心率监测器的可穿戴设备都使用一种称为 光电容积描记法 (PPG)的方法来测量心率。PPG 是一个技术术语，用于将光照射到皮肤上并测量被血流散射的光量。这过于简单化了，但 PPG 传感器基于这样一个事实，即随着血流动力学的变化，例如随着脉搏率(心率)或血容量(心脏)的变化，进入身体的光将以可预测的方式散射。输出)。

光学心率传感器一、光发射器

通常至少有 2 个 LED 将光波发送到皮肤中，尽管一些 PPG 传感器正在添加更多的发射器和不同的光波长。由于与不同人群相关的皮肤厚度、肤色和形态存在巨大差异，大多数最先进的 OHRM 使用多种光波长，这些光波长与不同级别的皮肤和组织发生不同的相互作用。光电探测器光电探测器捕获从设备用户折射的光，并将这些信号转换为可计算成有意义的心率数据的 1 和 0。

光学心率传感器二、加速度计

加速度计测量运动并与光电探测器信号结合使用，作为 PPG 算法的输入。算法——算法将来自光电探测器和加速度计的信号处理成运动耐受的心率数据，但也可以计算额外的生物特征，例如 VO 2、燃烧的卡路里、RR 间期、心率变异性、血液代谢物浓度、血氧水平，甚至血压。

光学心率传感器三、测量　

PPG 实际上已有近 150 年的历史，但它在 21 世纪已经发生了革命性的变化，用于新的用例。实时光学血流监测在 1800 年代后期首次使用，人们在黑暗的房间里将手放在蜡烛上，以查看血管结构和血流。最近在 1980 年代初期，第一台脉搏血氧仪推出用于医院，使用两个交替的 LED 测量脉搏率和血氧。这些与今天仍在医疗机构中使用的手指或耳夹设备非常相似。PPG 传感器在过去 5-10 年的发展主要集中在消费和医疗可穿戴设备和服务上。这需要一种被称为运动容错 PPG 的激进开发，因为在运动和活动期间使用 PPG 传感器会大大增加必须消除的运动噪声量才能找到血流信号。

光学心率传感器四、光学噪声

处理 PPG 传感器信号的最大技术障碍是将生物特征信号与噪声分离，尤其是运动噪声。不幸的是，当您将光照射到人的皮肤上时，只有一小部分光会返回传感器，而在收集到的总光中，实际上只有约 1/100 可能表明心脏泵血。其余的信号只是被其他材料散射，例如皮肤、肌肉、肌腱等。

光学心率传感器五、肤色

人类有各种各样的肤色，不同的肤色对光线的吸收也不同。例如，较深的皮肤会吸收更多的光，这是一个问题，因为许多 OHRM 没有使用正确的缓解措施来准确测量深色皮肤的心率。查看这篇文章了解更多详细信息：PPG 传感器对于皮肤较深的人来说是否不太准确?这也带来了通过纹身皮肤测量心率的问题，当手腕纹身的人发现 Apple Watch 上的心率监测器表现不佳或根本没有表现时，Apple 在所谓的“纹身门”中发现了这个问题。 

光学心率传感器六、交叉问题

由运动和活动产生的光学噪声最具挑战性的方面之一发生在所谓的周期性活动期间，这是一种涉及连续重复类似运动的活动。这在慢跑和跑步期间测量的步速中最常见，因为步速通常落入与心跳相同的一般范围内(每分钟 140-180 次/步)。许多 OHRM 面临的问题是，解释传入光学传感器数据的算法很容易将步频(“节奏”)误认为心率。这就是所谓的“交叉问题””，因为如果您在心率和步率相互交叉时查看图表上的测量值，许多 OHRM 倾向于锁定步率并将该数字显示为心率，即使心率可能会发生剧烈变化交叉后。

光学心率传感器七、传感器位置

在身体上的位置提出了独特的挑战，这些挑战因位置而异。事实证明，手腕是准确 PPG 监测心率最差的地方之一，因为该区域(肌肉、肌腱、骨骼等)产生的光学噪声要高得多，而且血管的高度可变性结构和血液灌注在整个人群中。由于皮肤表面附近的血管密度更高，前臂要好得多。然而，到目前为止，耳朵是 OHRM 在身体上的最佳位置，因为它本质上只是软骨和血管，即使在身体剧烈运动时也不会移动太多，并且因为耳朵之间有一个理想的小动脉库。 -耳屏和耳甲，从而大大减少必须过滤的光学噪声。

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