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光电式心率测量技术面临的5个问题

本文摘要:从第一代AppleWatch开始,就早已有了监测用户心率的功能,在这项功能上,苹果使用了光电式测量技术。 不仅是苹果,绝大多数智能手表和手环都是使用这一技术,但一般来说都所谓医疗级别的产品,不能是作为一种参照数据。 在心率测量上,还有另一种方式--电极式,大多数心电图仪等能超过医疗器械级别的产品不会采行这种技术。采行光电式主要通过光反射来测量心率:它是根据心脏跳动时,人体全身血管不会有微小波动的原理,箭出有一束光到人的手腕上,后用摄像头仔细观察光线的阴影。

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从第一代AppleWatch开始,就早已有了监测用户心率的功能,在这项功能上,苹果使用了光电式测量技术。  不仅是苹果,绝大多数智能手表和手环都是使用这一技术,但一般来说都所谓医疗级别的产品,不能是作为一种参照数据。

在心率测量上,还有另一种方式--电极式,大多数心电图仪等能超过医疗器械级别的产品不会采行这种技术。采行光电式主要通过光反射来测量心率:它是根据心脏跳动时,人体全身血管不会有微小波动的原理,箭出有一束光到人的手腕上,后用摄像头仔细观察光线的阴影。如果其中有微小变化,则指出心脏跳动一次。

  与电极式测量比起,光电式测量可以单手操作,不必须像电极式方式那样须要两个触点也即双手来检测数据,这样可以构建主动读取数据和远程读取数据,更加适合于因应云端大数据的服务。这也是它被普遍应用于可穿着设备上的原因。

  看起来不受欢迎的技术,实则面对着许多问题。  主要问题  在活动中利用光电式测量心率必需解决五个对准确性产生影响的基础性问题:  1、光线阻碍  2、肤色  3、交叉问题  4、传感器在人体上的方位  5、较低灌入  下面我们来明确看一下这五个方面的明确问题。

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  光线阻碍  事实上,光电式心率测量设备仅次于的技术障碍是如何将生物特征信号从阻碍中分离出来,尤其是运动阻碍。意外的是,当把光线射入一个人的皮肤时,只有一小部分光量子回到给传感器,并且搜集的所有光量子,只有百分之一或千分之一是由心脏膨胀的血流量调节的,只剩的都集中在非跳动性生理物质上,例如皮肤、肌肉、肌腱等等。因此,当这些非跳动性生理物质四处移动,比如在磨练或者日常生活活动中,由此造成的光线随着时间变化运动躁动集中是很难从光线随着现实血流量的集中中区分出来的。周围光线阻碍还激化这个问题的严重性,比如随着时间的变化,太阳光的阻碍可以几乎渗透到光电探测器中,甚至建构出有近似于生理性质的脉动信号。

  肤色  人类享有十分多种不同的可爱肤色,多到以至于菲氏量表为肤色数值分类和对紫外线的反应而获取了7个类型的标准。有所不同的肤色对光的吸取是有所不同的,因此每一种肤色的特点在于都有有所不同的吸光图谱。那么,这意味著光电式心率测量设备传感器捕捉的光的强度和波长是各不相同穿着传感器的人的肤色的。例如,深色皮肤吸取绿色光较多,这也指出了为什么大多数设备使用绿色LED作为光线发射器,容许了利用深色皮肤精确测量心率的能力的问题。

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这某种程度暴露出利用纹身的皮肤测量心率的问题,这也是苹果被人们诟病的“纹身门”,手腕有纹身的苹果手表用户找到显示屏上的数据表明十分黯淡,甚至没。  交叉问题  光电式心率监测器不存在由于周期性活动期间的运动而产生的交叉阻碍方面的问题,这个问题面对的仅次于的挑战是这种活动带给持续性的完全相同反复的动作。这点在记录跑步和跑步期间的步伐频率时最少见,因为这些数据一般来说与跳动频率(140-180下/步数每分钟)正处于同一个基本区间里。

许多光电式心率监测设备面对的这个问题使得运算法则很更容易将通过光电监测数据录入的步伐速率错误理解成心率。这就是为人所知的“交叉问题”,因为在图表上查阅这些数据时,当心率和步伐速率再次发生重合,许多光电式心率监测设备偏向于瞄准步伐速率并将其表明为心率,尽管心率可能会在重合后再次发生极大转变。

这个交叉阻碍的问题在苹果表上反映很显著。  和其他腕部的光电式心率测量设备技术比起,很显著苹果表在“交叉”时表明的心率监测告终,标签1到4人的步伐速率和心率相近,苹果的数字信号无法将它们区分出去。

第2一处交叉有多达两分钟把心率读作了步伐速率。


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