一、智能手環測心率到底靠不靠譜？讓業內專家為你揭秘

第一種：PPG光電容積脈搏波描記法原理（PhotoPlethysmoGraphy）

簡單來說，反射而已，就是利用血液中透光率的脈動變化，折算成電信號，對應就是心率。

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▲代表產品：FitbitchargeHR&Surge

當一定波長的光束照射到指端皮膚表面時，光束將通過透射或反射方式傳送到光電接收器，在此過程中由于受到指，端皮膚肌肉和血液的吸收衰減作用，檢測器檢測到的光強度將減弱。其中皮膚、肌肉組織等對光的吸收在整個血液循環中是保持恒定不變的，而皮膚內的血液，容積在心臟作用下呈搏動性變化。當心臟收縮時外周血容量最多光吸收量也最大，檢測到的光強度最小。而在心臟舒張時，正好相反，檢測到的光強度最大，使光接收器接收到的光強度隨之呈脈動性變化。

為什么經常見到的都是綠光LED？

因為在血液這種紅色液體面前，綠光的吸收率是最大的，對于數據判斷是比較準確的。

當用戶的心臟跳動時，會有更多的血液流過用戶的手腕，綠光的吸收量也會越大。在心臟跳動間隙，血液流量減少，導致綠光的吸收也會減少。

舉個例子，假設手環的發光數值為100，皮膚肌肉組織吸收恒定的10，血液總吸收為15，那反射后為100-10*2-15=65，然后動脈血過來，紅細胞含氧增多，血液總吸收變成了2被，那反射后為50，之后會一直處于65-50-65-50-65-50-65-50-65-50……，通過計算每秒多少次脈沖變化，就得出你的心率。

不知道PPG這種方式有沒有看明白呢？

它的原理就決定了它的缺點，如果手環和皮膚直接有很多汗液呢？那數值就會不準確。

如果你的數值是這樣變化，65-50-65-50-65-50-66-51-62-50-65等，這也會讓機器蒙逼了。

總結來說：

這種方法，測量靜息脈搏和正常有規則運動（跑步等）還是比較準的，但對于無規則的運動，如足球羽毛球等無規則運動，舉例所說的假設數值會亂蹦，會稍微準確度下降。但也是相差幾個數值來說，對于非專業人士，我感覺應該足夠了吧。

第二種：心電信號測量，類似ECG（心電圖）

這個說的簡單點，就是你去醫院做過的心電圖，其實有點類似。不同的是，醫院需要在心口、腳上、手腕上都要加上電極，需要測量更多的數據，而腕式手表就不需要那么多數據，僅僅心率就夠了。

簡單來說：

心臟周圍的組織和體液都能導電，因此可將人體看成為一個具有長、寬、厚三度空間的容積導體。心臟好比電源，無數心肌細胞動作電位變化的總和可以傳導并反映到體表。在體表很多點之間存在著電位差，也有很多點彼此之間無電位差是等電的。通過收集到的電極變化，經過算法處理，可以還原出很多數值，其中可以還原出心率數值。

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每次心跳，人的體表都會有微小的電極變化，而捕捉到這些電極變化，再經過算法就可以還原出心率跳動的頻率。據我所知，手環內，好像jawbongUP3采用的是心電測量技術，其它大部分都是光電技術。作為21世紀的新興產物—智能穿戴產品，因其特定的使用場景和佩戴要求，應用在該領域的心率監測技術目前主要有光電容積脈搏波描記法，簡稱光電法、心電信號法、壓力振蕩法、圖像信號分析法等幾類。

至于心率帶，一般也都采用心電測量，檢測體表電極變化，還原出心率數值。

二、心率監測又是如何實現？

1、光電法

簡單來說，這種測量心率的方法就是基于物質對光的吸收原理，通過智能穿戴設備的綠色LED燈搭配感光光電二極管照射血管一段時間，由于血液是紅色的，它可以反射紅光吸而收綠光，在心臟跳動時，血液流量增多，綠光的吸收量會隨之變大；處于心臟跳動的間隙時血流會減少，吸收的綠光也會隨之降低。因此，根據血液的吸光度可測量心率。

具體而言，當一定波長的光束照射到皮膚表面時，光束將通過透射或反射方式傳送到光電接收器，在此過程中由于受到皮膚肌肉和血液吸收的衰減作用，檢測器監測到光的強度將減弱。其中人體的皮膚、骨骼、肉、脂肪等對光的反射是固定值，而毛細血管和動靜脈則在心臟的作用下隨著脈搏容積不停變大變小。當心臟收縮時，外周血容量最多、光吸收量也最大，檢測到的光強度最?。欢谛呐K舒張時，正好相反，檢測到的光強度最大，使光接收器接收到的光強度隨之呈脈動性變化。

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大部分智能手表都采用了光電法監測心率，它們的明顯特征是傳感器部位配備了綠色LED燈。

這種測量原理的光電傳感器有很多種，根據光信號接收位置的不同，光電法又可分為透射和反射兩種模式。

1.透射式光電法

透射式光電法指的是可穿戴設備上的發生器（emitter）和光敏接收器（detector）位于所測部位的兩側（通常由一個夾子固定），入射光穿過皮膚進入深層組織，除了被皮膚、肌肉、血液、骨骼等吸收外，剩下部分的光線透射被光敏接收器感知。根據其原理，這種方法適用的測量部位是人體兩面距離比較短的組織，如耳垂、手指、腳趾等，而具有代表性的智能穿戴產品就是那些耳夾式心率監測儀、指甲式血氧儀等。

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采用透射式光電法的智能穿戴產品通常以一個夾子固定。

這一監測方法的產品在外形上通常采取密封暗盒的結構，能很好的減少外源性的光干擾，從而提高測量精度和穩定性。由于其信噪比高、信號穩定，除了測量心率之外還可以通過波形分析心搏功能、血液流動等諸多心血管生理信息。缺點是，不適合應用在智能手環、智能手表上，而應用在耳垂、腳趾等部位的產品又會有穿戴不舒適的感覺。

與透射式光電法剛好相反，反射式光電法中，可穿戴設備上的發生器（emitter）和光敏接收器（detector）位于所測部位的同一側，主要測量反射回來的光。這種方法測量心率的優點是非常簡便，對測量部位的要求也很低，只要組織比較平滑且皮下脂肪少的的地方幾乎都可以測量，比如額頭、手腕。因此，大部分智能手環、智能手表等穿戴設備都采用了這種方法測量心率。而且，以智能手環或智能手表的產品形式出現也完美地解決了透射式光電法中心率監測與佩戴舒適的雙重要求。

不過，反射式光電法雖然在穩定狀態下表現良好，但是當設備戴在手腕末端，會隨著使用者走路或無規則運動而像鐘擺一般上下蕩，離心力將使得血液量出現大變化；當血管收縮壓與離心力在血液中交互作用，就更難分辨血管中的血量。因此可能降低心率數據的準確度。此外，可穿戴設備佩戴的松緊和人體皮膚血流量的大小也會影響到監測準確度。

2、心電信號法

心電信號法其實就是醫療級別常用的最準確的測量心率的方法。心臟在每個心動周期中，由起搏點、心房、心室相繼興奮，伴隨著無數心肌細胞動作電位變化，這些生物電的變化稱為心電，而通過心電的周期性變化便可以檢測到心率。除了心率，心電圖還可以提供包括心臟功能障礙、心臟疾病、以及心臟功能恢復情況、患者的軀體和心理壓力情況等。

對于智能穿戴設備來說，配備的傳感器可以通過測量心肌收縮的電信號來判斷使用者的心率情況，原理和心電圖類似，這種方法的準確度非常高，但缺點是電路比較復雜，占PCB空間比較大，易受電磁干擾，同時傳感器必須緊貼皮膚，放置位置相對固定，所以采用這種測量方式的智能穿戴產品并不多見。

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心電圖導聯體系。

3、壓力振蕩法和圖像信號分析法

壓力振蕩法主要應用在電子血壓計上，血壓計袖帶給手臂加壓，通過薄膜壓力傳感器探測動脈血管的搏動振幅進行AD轉換，從而測量血壓與脈率（根據一定時間內有多少個脈搏波計算出心率）。圖像信號分析法主要是利用臉部圖像估測心率。因為，心臟跳動時人臉上的顏色會產生細微的變化，而且胸口和肩膀也有細微的動作，對采集到的圖像進行可以估測心率和呼吸頻率。美國麻省理工學院推出的Vital-Radio則是由路由器發出Wi-Fi信號，當信號遇到周圍的人或者物體的時候就會馬上反彈，通過特殊的算法可計算出每次信號的反射速度，以此來判斷有無生命物體，如果是生命體的話，這款產品就會記錄人體心率和呼吸頻率。

這兩種方法對使用者要求較高，僅限于人體相對靜止的情況，方法不當結果也會差很多，甚至患有某些心血管疾病的病人測量結果不太準確。因此，智能穿戴設備領域采用這兩種方法測量心率的產品非常少。