穿戴式設(shè)備中基于PPG的心率測量技術(shù).doc

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1、穿戴式設(shè)備中基于PPG的心率測量技術(shù)當前穿戴式設(shè)備的一個熱點是集成個人健康助理功能。這其中，心率測量是大家重點關(guān)注的領(lǐng)域，無論是傳感器廠家，芯片廠家還是專注于算法研究的軟件公司，都投入了大量的精力研究。目前，主流的測量方式有兩種：一是光電容積脈搏波描記法（PhotoPlethysmoGraphy,PPG），簡單說就是利用光反射測量；二是利用電勢，主要為電極傳感測量方式，指標更全面，可以直接測量心電圖。電極式測量目前有三個電極和兩個電極方案，也即需要三個觸點或者兩個觸點（要求左手和右手都使用上，要求血液經(jīng)過心臟才行），一般只能在靜態(tài)環(huán)境下測量，在運動或者走路時不方便測量。另外一個嚴重

2、不足是不能主動讀取數(shù)據(jù)，需要消費者有意識地去測量，而不能自動不間斷測量并上傳數(shù)據(jù)，更不能實現(xiàn)遠程監(jiān)控。反射式光電測量法，簡單說就是利用腕表上的光電傳感器獲得橈動脈PPG信號，對PPG信號做快速傅里葉變換，然后分析頻域，實現(xiàn)人體心率測量。其生理依據(jù)是：心臟周期性波動引起外周血管的周期性收縮與舒張，使PPG信號也呈現(xiàn)出周期性變化，可以從PPG信號中解調(diào)出心率，具有操作簡單，適應(yīng)性強等優(yōu)點。目前穿戴式設(shè)備中基于PPG的測量技術(shù)具體來說，就是脈搏血氧測定法(PulseOximetry)。隨著脈搏的跳動，血液中的血紅蛋白（HbO2）濃度會隨之變化，或者說血容量隨著脈搏變化，光通過皮膚穿過這些

3、血液時，不斷變化的血容量對光的吸收量相應(yīng)的也就在不停的變化。當我們把這種變化提取出來時，也就得到了心率數(shù)據(jù)。利用腕部穿戴式設(shè)備測量心率面臨的主要挑戰(zhàn)來自環(huán)境光和運動產(chǎn)生的干擾。陽光產(chǎn)生的直流誤差相對而言比較容易消除，但日光燈和節(jié)能燈發(fā)出的光線都帶有可引起交流誤差的頻率分量。模擬前端使用兩種結(jié)構(gòu)來抑制DC至100kHz的干擾信號。目前穿戴式設(shè)備測量心率面臨的最大挑戰(zhàn)是動態(tài)測量。當人處于動態(tài)的時候，將會很難消除運動偽像。光學傳感器與皮膚之間的相對運動會降低光信號的靈敏度。此外，運動的頻率分量也可能會被視為心率測量，因此必須測量該運動并進行補償。隨著算法的不斷進步，不論是靜態(tài)還是動態(tài)，測

4、量的精度會越來越高，達到消費者的要求。