(文章来源:新华网客户端)
众所周知,心率是运动中极其重要的一项指标,各种智能设备相继推出了心率监测功能,它的准确度如何?用到了哪些技术?目前来讲,成熟的心率无创测量手段有血氧法、光电容积法、心电信号法和动脉压力法。
如果大家读书时候做过台阶测试(一种心肺功能的测试)的话,那么一定对这种心率测试方法不陌生,那种夹在食指尖的心率测试仪就是采用这种方案。一般来讲,完整的血氧饱和度仪往往有两种发光二极管:一种波长660nm,是可见光的红光;一种波长900多nm,是红外线。血管中携氧的血红蛋白和不携带氧的血红蛋白,对两种光的吸收率是不同的。同时,血管中的氧含量,是有消耗——心脏泵血增加——再消耗这样的周期过程的。这个周期刚好与心率是一致的。
血氧法的优势是提供心率和血氧饱和度两种信号,劣势是由于需要在另一端接受透射光信号,那么这部分人体组织就必须足够薄才行,全身上下合适的位置就只有指尖和耳垂。手腕太厚了,可见光根本无法穿透,使用范围比较受限制。光电体积法,这种方案是追踪可见光(绿光)在人体组织中的反射,通常是有两个绿色LED向手腕发出可见光,然后中间有个光电传感器感应反射光。如下:
人体的皮肤、骨骼、肉、脂肪等对光的反射是固定值,而毛细血管和动脉静脉由于随着脉搏容积不停变大变小,所以对光的反射是波动值。这个波动的频率就是脉搏,一般也跟心率是一致的。这种方法只能得到心率信号,但是相对对运动带来的噪声抵抗力比较强,很适合目前的运动腕表,之所以用绿光是因为绿光对外界温度变化造成的信号漂移是最小的。
心电信号法,窦房结有节律地控制心脏收缩舒张从而向躯干泵血,这个控制信号是一个电信号(人体神经信号在神经上都表现为电信号),会逐渐扩散到体表,可以在皮肤通过电极测量,大家去医院一般用的心电仪就是采用这个原理。这个节奏就是心率,除此之外,心电信号还可以为医生诊断提供很多参考信息。目前市面上最精确的可穿戴心率测量仪器,心率带,也是采用这个方法。
但是由于心电信号的波长非常长,为了测得足够精度的信号,信号电极和参考电极就必须在躯干空间上隔得足够远,一般是胸上比较远得两点,或者左手和右手,或者手和脚等。腕表就比较难采用这个方案,除非有人愿意同时带两个表。
动脉血压法,这其实是最古老的方法——中医的诊脉,在手腕或者颈部两侧,都可以经皮肤摸到动脉的压力有规律地涨落。通过压力传感器可以将这个信号变成心率。这个方案也是目前商用最不成熟的,原因一是压力传感器需要长期对穿戴者的动脉半压迫,有不适感。二是压力传感器难以以合适的方式固定在皮肤表面:固定地太紧会导致血流不畅,固定地太松又无法实现测量。这个问题在运动腕表设计中表现得格外明显,所以该方法一般只在医院中对手术中手术后的静息病人使用。
(责任编辑:fqj)
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