智能手表心率检测的原理及不同方法的优劣

作者:admin    发布时间:2021-06-24 18:16    

  、手机、耳机都能检测心率,目前心率识别的原理方法有几种?各自的优势和应用是什么?有哪些已经应用到可穿戴设备上,他们和医疗领域的应用相比怎么样?

  基本测量的原理:血氧的含量,饱和度的测量在手指测量是最多的,也可以在脚趾、耳朵,这是最常见的测量血氧的地方。

  原理就是用红光和红外光发射,这两个要非常将近,保证他们在手指基本上非常接近的位置,可以保证检测的准确度。这本身对

  红光和红外光是分开工作的,当红光工作的时候,红外光是关闭的,可以保证红光和红外光之间的工作非常干扰,刚才讲距离要非常近,保证在同一个身体组织结构里面取得的信息。

  当你有脉动的时候,走过毛细血管的时候把氧分子丢下了,回到这边是还原的血红蛋白。所以检测的时候,红光和红外光都是一个光,一方面会受到组织结构的衰减,再有受到静脉血的衰减,还有动脉的衰减,动脉有两个部分,一部分是存量的,总是在里面的,由于心脏的博动,有一部分脉动的血红蛋白,血红蛋白会增加。

  这样通过一定的算法既可以检测到心率了,当然发光二极管噪声的处理是很关键的。

  一束光打在皮肤上,测量反射/透射的光。因为血液对特定波长的光有吸收作用,每次心脏泵血时都会该波长都会被大量吸收,以此就可以确定心跳。缺点:耗电大,会因环境光干扰。

  发绿光的就是LED啦,中间那个不发光的就是测量反射光的sensor。市面上几乎所有运动手表都是这个原理。

  这个是运动耳机。依照图片来看应该也是光电式:L耳机那两个空应该就是一收一发。因为耳朵上皮肤比较薄,所有对于光电式测量有一定的优势。

  测量心肌收缩的电信号。和心电图类似原理。缺点:电路复杂,占PCB空间大。sensor必须紧贴皮肤,放置位置相对固定。心率带常用。

  第三种振动式比较少见,最近才有产品出来。 因为每次心跳都会引起身体的震动,通过高精度的

  捕捉这种震动,再经过信号处理可以得到心跳。比如下面的darma 坐垫。

  的原始信号被放大,并使其在V / 2脉冲波,中点电压附近。脉冲传感器通道对光强度的相对变化。如果光入射在传感器的数量保持不变,信号值将保持在(或接近)ADC范围的中点。更多的光,信号则上升。较少的光,相反的。每个脉冲,从绿色的LED的光被反射回到传感器的强度都会变化。

  我们的目标是瞬间心脏的连续跳动,以及两次跳动的时间间隔,称为搏动间隔(IBI)。

  心率计算是根据:相邻两个脉冲波的上升段的中间值之差,来进行计算IBI的。然后就可以计算BPM的数值了。(BPM是Beat Per Minute的简称,中文名为拍子数,释义为每分钟节拍数的单位。)

  假设心电图机的采样率为1000,也即是每秒钟要采样1000个数据,那么怎样依靠这些采样的数据计算出心律呢?用计算机来计算心律可以发挥计算机计算能力强大的特点,就不用象人工掐脉数心律一样,要等到一分钟才能得到结果,用计算机来计算心律我们只要有4秒钟的心电数据就可以了,即4000个数据就可以计算出心律了,瞬时性非常好。

  假设我们要求的心率是x,那么心率计算的数学公式如下(R波指的是大小为4000的缓冲区里面,心跳波动的各个波峰):

  这个数学公式中 (最后一个R波位置-第一个R波位置) 得到的是最后一个R波和第一个R波之间隔了多少个数据,采样率1000的话,这个值其实就是隔了多少个毫秒。