智能手环等穿戴设备的心率监测功能，用到了哪些技术，有哪些优缺点？

第一种：PPG 光电容积脉搏波描记法原理（Photo Plethysmo Graphy）

简单来说，反射而已，就是利用血液中透光率的脉动变化，折算成电信号，对应就是心率。
代表产品：Fitbit charge HR & Surge

当一定波长的光束照射到指端皮肤表面时，光束将通过透射或反射方式传送到光电接收器，在此过程中由于受到指，端皮肤肌肉和血液的吸收衰减作用，检测器检测到的光强度将减弱。其中皮肤、肌肉组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的，而皮肤内的血液，容积在心脏作用下呈搏动性变化。当心脏收缩时外周血容量最多光吸收量也最大，检测到的光强度最小。而在心脏舒张时，正好相反，检测到的光强度最大，使光接收器接收到的光强度随之呈脉动性变化。

附上临床的应用论文 光电容积脉搏波描记法原理及其在临床上的应用

为什么经常见到的都是绿光LED？

因为在血液这种红色液体面前，绿光的吸收率是最大的，对于数据判断是比较准确的。
当用户的心脏跳动时，会有更多的血液流过用户的手腕，绿光的吸收量也会越大。在心脏跳动间隙，血液流量减少，导致绿光的吸收也会减少。

举个例子，假设手环的发光数值为100，皮肤肌肉组织吸收恒定的10，血液总吸收为15，那反射后为100-10*2-15=65，然后动脉血过来，红细胞含氧增多，血液总吸收变成了2被，那反射后为50，

之后会一直处于65-50-65-50-65-50-65-50-65-50……，通过计算每秒多少次脉冲变化，就得出你的心率。

不知道PPG这种方式有没有看明白呢？
不熟悉血液循环方式的，可以看下这个心博与血液循环模型，大洋科教，顺便复习下初中学过的血液循环知识。

它的原理就决定了它的缺点，如果手环和皮肤直接有很多汗液呢？那数值就会不准确。
如果你的数值是这样变化，65-50-65-50-65-50-66-51-62-50-65等，这也会让机器蒙逼了。

总结来说：
这种方法，测量静息脉搏和正常有规则运动（跑步等）还是比较准的，但对于无规则的运动，如足球羽毛球等无规则运动，举例所说的假设数值会乱蹦，会稍微准确度下降。但也是相差几个数值来说，对于非专业人士，我感觉应该足够了吧。

第二种：心电信号测量，类似ECG（心电图）

这个说的简单点，就是你去医院做过的心电图，其实有点类似。不同的是，医院需要在心口、脚上、手腕上都要加上电极，需要测量更多的数据，而腕式手表就不需要那么多数据，仅仅心率就够了。

简单来说，

心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的容积导体。心脏好比电源，无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。在体表很多点之间存在着电位差，也有很多点彼此之间无电位差是等电的。通过收集到的电极变化，经过算法处理，可以还原出很多数值，其中可以还原出心率数值。

（图片看看就算了，侵权联系我删除）每次心跳，人的体表都会有微小的电极变化，而捕捉到这些电极变化，再经过算法就可以还原出心率跳动的频率。据我所知，手环内，好像jawbong UP 3采用的是心电测量技术，其它大部分都是光电技术。

UP3如何测量心率

UP3追踪器使用生物抗阻传感器来采集您的静息心率和静止心率，让您全方位地了解自己的心脏状况。这些传感器会测量皮肤组织对微小电流的阻力。

静息心率每天在您起床前测量一次，是反映心脏总体健康水平的最佳指标之一。静止心率在白天身体静止时测得，表明您的心脏对日间压力、咖啡因和其他刺激因素的反应。

至于心率带，一般也都采用心电测量，检测体表电极变化，还原出心率数值。
再多说几句，心率带有硬性和软性两种材料，区别很简单，看是不是有柔性薄膜电极。通常情况下，有柔性薄膜电极的数值会准确一点，而且沾点水会更紧密些。（想想我去测量一些对比心率数值时，会偶尔用嘴舔下然后粘上去，画面不敢想象）

为什么要用柔性薄膜点击？
柔性薄膜电极可以紧密地贴住胸部轮廓，光滑的电极表面沾水后会产生很强的吸附性，牢牢地粘附在皮肤表面，大大降低了运动中胸带位移摩擦对心率信号的干扰。目前主流的心率表厂家比如 POLAR 博能,, SUUNTO 松拓, GARMIN 佳明，MIO迈欧等等都有相关产品，我就不做广告了。

心电测量有什么缺点？
我擦，必须有啊。想象你做心电图的时候，一次都要百十块钱，凭什么啊？因为数据处理复杂，它测量的电极变化中，不仅仅只有心率数据而已，还有更多的信息，心率只是其中很小的数据，各个组织器官正常和病变情况下的数据也都是不同的。微小的变化，是好事也是坏事，一方面精准，一方面更难把控。详细可以参考@miracle，他更专业，部分图片也是来自他那里的。更多的医学上心电测量的，可以看下他的回答。

Apple Watch测量心率的方法

Apple Watch的心率感应器采用的是光体积描记法。这项技术看似复杂难懂，实际上原理很简单：血液之所以带呈现红色，因为它反射红光并吸收绿光。Apple Watch使用绿色LED灯，配合对光敏感的感光器，检测任意时间点流经手腕的血液流量。心脏跳动时，流经手腕的血液会增加，吸收的绿光也会增加；心跳间隔期间则会减少。通过每秒数百次闪动的LED灯，Apple Watch可以算出您每分钟的心跳次数，也就是您的心率。此外，特别设计的心率传感器可以提高LED亮度和采样率，进而弥补信号弱的问题。

作者：超哥
来源：知乎
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