穿戴式设备中基于PPG的心率测量技术.doc

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1、穿戴式设备中基于PPG的心率测量技术当前穿戴式设备的一个热点是集成个人健康助理功能。这其中，心率测量是大家重点关注的领域，无论是传感器厂家，芯片厂家还是专注于算法研究的软件公司，都投入了大量的精力研究。目前，主流的测量方式有两种：一是光电容积脉搏波描记法（PhotoPlethysmoGraphy,PPG），简单说就是利用光反射测量；二是利用电势，主要为电极传感测量方式，指标更全面，可以直接测量心电图。电极式测量目前有三个电极和两个电极方案，也即需要三个触点或者两个触点（要求左手和右手都使用上，要求血液经过心脏才行），一般只能在静态环境下测量，在运动或者走路时不方便测量。另外一个严重

2、不足是不能主动读取数据，需要消费者有意识地去测量，而不能自动不间断测量并上传数据，更不能实现远程监控。反射式光电测量法，简单说就是利用腕表上的光电传感器获得桡动脉PPG信号，对PPG信号做快速傅里叶变换，然后分析频域，实现人体心率测量。其生理依据是：心脏周期性波动引起外周血管的周期性收缩与舒张，使PPG信号也呈现出周期性变化，可以从PPG信号中解调出心率，具有操作简单，适应性强等优点。目前穿戴式设备中基于PPG的测量技术具体来说，就是脉搏血氧测定法(PulseOximetry)。随着脉搏的跳动，血液中的血红蛋白（HbO2）浓度会随之变化，或者说血容量随着脉搏变化，光通过皮肤穿过这些

3、血液时，不断变化的血容量对光的吸收量相应的也就在不停的变化。当我们把这种变化提取出来时，也就得到了心率数据。利用腕部穿戴式设备测量心率面临的主要挑战来自环境光和运动产生的干扰。阳光产生的直流误差相对而言比较容易消除，但日光灯和节能灯发出的光线都带有可引起交流误差的频率分量。模拟前端使用两种结构来抑制DC至100kHz的干扰信号。目前穿戴式设备测量心率面临的最大挑战是动态测量。当人处于动态的时候，将会很难消除运动伪像。光学传感器与皮肤之间的相对运动会降低光信号的灵敏度。此外，运动的频率分量也可能会被视为心率测量，因此必须测量该运动并进行补偿。随着算法的不断进步，不论是静态还是动态，测

4、量的精度会越来越高，达到消费者的要求。