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可穿戴设备心率监测实现的几种方法及原理

时间:2021-08-11 00:03 点击次数:
  本文摘要:如今,以智能手环和智能手表为代表的智能穿戴产品配有的心率监测功能于是以被更加多人拒绝接受,甚至有的人早就把它当成了自由选择产品的不可或缺功能之一。那么,智能穿戴设备是如何监测心率的呢?今天,就来聊聊心率监测那些事儿。 为什么要测量心率? 作为人体最重要的生命体征之一,每个人的心率都会因年龄、性别及其他生理情况的有所不同而有所不同。一般而言,长时间成年人安静时的心率平均值在75次/分左右(60~100次/分之间)。

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如今,以智能手环和智能手表为代表的智能穿戴产品配有的心率监测功能于是以被更加多人拒绝接受,甚至有的人早就把它当成了自由选择产品的不可或缺功能之一。那么,智能穿戴设备是如何监测心率的呢?今天,就来聊聊心率监测那些事儿。

  为什么要测量心率?  作为人体最重要的生命体征之一,每个人的心率都会因年龄、性别及其他生理情况的有所不同而有所不同。一般而言,长时间成年人安静时的心率平均值在75次/分左右(60~100次/分之间)。同一个人,在安静或睡眠中时心率减缓,运动时或情绪兴奋时心率减缓,在某些药物或神经体液因素的影响下,不会使心率再次发生减缓或减缓。常常展开体力劳动和体育锻炼的人,平时心率较快。

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  具体来说,影响心率变化的因素主要是三大调节系统,即自身调节、体液调节、神经调节。心率的变化能必要或间接地体现人体多方面的身体健康状态,这就是测量心率的意义。放到智能穿戴领域,测量心率的意义则主要展现出在三个方面。  首先是运动方面,心率可以反映用户运动时身体的现实信息,如果心率太高运动过于轻微,用户的身体水分冷却太快,那么这种运动对身体毋,如果只是轻度运动心率过于低,用户也就不有可能自燃充足卡路里。

  其次是疾病方面,通过监测静息心率否在长时间范围、日常活动中监测心脏停搏、心率出现异常升高等可起着及时防治疾病的起到,甚至通过心电监测心率还能检测到心律否出现异常。此外,通过指尖光电容积脉搏波用笔记法还可以监测脉搏波变化,以分析脉率、血氧浓度,糖尿病患者的微循环外周血管状态等。  最后是精神方面,通过监测到的心率变异性,可分析自主神经功能评估,如精神压力、紧绷与放开程度以及睡眠中质量等。

  心率监测如何构建?  作为21世纪的新兴产物—智能穿戴产品,因其特定的用于场景和配戴拒绝,应用于在该领域的心率监测技术目前主要有光电容积脉搏波用笔记法,全称光电法、心电信号法、压力波动法、图像信号分析法等几类。  光电法  非常简单来说,这种测量心率的方法就是基于物质对光的吸取原理,通过智能穿戴设备的绿色LED灯配上感光光电二极管太阳光血管一段时间,由于血液是红色的,它可以光线红光吸食而收绿光,在心脏跳动时,血液流量激增,绿光的吸收量不会随之逆大;正处于心脏跳动的间隙时血流不会增加,吸取的绿光也不会随之减少。

因此,根据血液的吸食光度可测量心率。  明确而言,当一定波长的光束照射皮肤表面时,光束将通过入射或光线方式传输到光电接收器,在此过程中由于受到皮肤肌肉和血液吸取的波动起到,检测器监测到光的强度将弱化。其中人体的皮肤、骨骼、肉、脂肪等对光的光线是固定值,而毛细血管和动静脉则在心脏的起到下随着脉搏容积不时逆大变大。

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当心脏膨胀时,外周血容量最多、光吸收量也仅次于,检测到的光强度大于;而在心脏血管收缩时,正好忽略,检测到的光强度仅次于,使光接收器接管到的光强度随之呈圆形脉动性变化。  大部分智能手表都使用了光电法监测心率,它们的显著特征是传感器部位配有了绿色LED灯。  这种测量原理的光电传感器有很多种,根据光信号接管方位的有所不同,光电法又可分成入射和光线两种模式。

  1入射式光电法  入射式光电法指的是可穿着设备上的发生器(emitter)和光敏接收器(detector)坐落于所测部位的两侧(一般来说由一个夹子相同),入射光穿越皮肤转入深层的组织,除了被皮肤、肌肉、血液、骨骼等吸取外,只剩部分的光线入射被光敏接收器感官。根据其原理,这种方法限于的测量部位是人体两面距离较为较短的的组织,如耳垂、手指、脚趾等,而具备代表性的智能穿戴产品就是那些耳夹式心率监测仪、指甲式血氧仪等。  使用入射式光电法的智能穿戴产品一般来说以一个夹子相同。  这一监测方法的产品在外形上一般来说采行密封暗盒的结构,能很好的增加外源性的光阻碍,从而提升测量精度和稳定性。

由于其信噪比低、信号平稳,除了测量心率之外还可以通过波形分析心搏功能、血液流动等诸多心血管生理信息。缺点是,不合适应用于在智能手环、智能手表上,而应用于在耳垂、脚趾等部位的产品又会有穿着不舒适度的感觉。


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