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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、性别及其他生理状况的不同而不同。普通而言，正常成年人宁静时的心率平均在75次/分左右(60~100次/分之间)。同一个人，在宁静或睡眠时心率减慢，运动时或心情激动时心率加快，在某些药物或神经体液要素的影响下，会使心率发作加快或减慢。经常中止膂力劳动和体育锻炼的人，平常心率较慢。 细致来说，影响心率变更的要素主要是三大调理系统，即自身调理、体液调理、神经调理。心率的变更能直接或间接地反映人体多方面的健康状态，这就是丈量心率的意义。放在智能穿戴范畴，丈量心率的意义则主要表往常三个方面。 首先是运动方面，心率能够表示用户运动时身体的真实信息，假如心率太高运动太猛烈，用户的身体水分蒸发太快，那么这种运动对身体无益，假如只是轻度运动心率不够高，用户也就不可能熄灭足够卡路里。 其次是疾病方面，经过监测静息心率能否在正常范围、日常活动中监测心脏停搏、心率异常增高等可起到及时预防疾病的作用，以至经过心电监测心率还能检测到心律能否异常。此外，经过指尖光电容积脉搏波描记法还能够监测脉搏波变更，以剖析脉率、血氧浓度，糖尿病患者的微循环外周血管状态等。 最后是肉体方面，经过监测到的心率变异性，可剖析自主神经功用评价，如肉体压力、慌张与放松水平以及睡眠质量等。 作为21世纪的新兴产物——智能穿戴产品，因其特定的运用场景和佩戴请求，应用在该范畴的心率监测技术目前主要有光电容积脉搏波描记法，简称光电法、心电信号法、压力振荡法、图像信号剖析法等几类。 1.光电法 简单来说，这种丈量心率的措施就是基于物质对光的吸收原理，经过智能穿戴设备的绿色LED灯搭配感光光电二极管映照血管一段时间，由于血液是红色的，它能够反射红光吸而收绿光，在心脏跳动时，血液流量增加，绿光的吸收量会随之变大；处于心脏跳动的间隙时血流会减少，吸收的绿光也会随之降低。因而，依据血液的吸光度可丈量心率。 细致而言，当一定波长的光束映照到皮肤名义时，光束将经过透射或反射方式传送到光电接纳器，在此过程中由于遭到皮肤肌肉和血液吸收的衰减作用，检测器监测到光的强度将削弱。其中人体的皮肤、骨骼、肉、脂肪等对光的反射是固定值，而毛细血管和动静脉则在心脏的作用下随着脉搏容积不停变大变小。留意脏收缩时，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，使光接纳器接纳到的光强度随之呈脉动性变更。 大部分智能手表都采用了光电法监测心率，它们的明显特征是传感器部位配备了绿色 LED灯。 这种丈量原理的光电传感器有很多种，依据光信号接纳位置的不同，光电法又可分为透射和反射两种方式。 （1）透射式光电法 透射式光电法指的是可穿戴设备上的发作器（emitter）和光敏接纳器（detector）位于所测部位的两侧（通常由一个夹子固定），入射光穿过皮肤进入深层组织，除了被皮肤、肌肉、血液、骨骼等吸收外，剩下部分的光线透射被光敏接纳器感知。依据其原理，这种措施适用的丈量部位是人体两面距离比较短的组织，如耳垂、手指、脚趾等，而具有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。 采用透射式光电法的智能穿戴产品通常以一个夹子固定 这一监测措施的产品在外形上通常采取密封暗盒的结构，能很好的减少外源性的光干扰，从而进步丈量精度和稳定性。由于其信噪比高、信号稳定，除了丈量心率之外还能够经过波形剖析心搏功用、血液活动等诸多心血管生理信息。缺陷是，分歧顺应用在智能手环、智能手表上，而应用在耳垂、脚趾等部位的产品又会有穿戴不温馨的觉得。 （2）反射式光电法 与透射式光电法刚好相反，反射式光电法中，可穿戴设备上的发作器（emitter）和光敏接纳器（detector）位于所测部位的同一侧，主要丈量反射回来的光。这种措施丈量心率的优点是十分烦琐，对丈量部位的请求也很低，只需组织比较平滑且皮下脂肪少的的中央简直都能够丈量，好比额头、伎俩。因而，大部分智能手环、智能手表等穿戴设备都采用了这种措施丈量心率。而且，以智能手环或智能手表的产品方式呈现也圆满地处置了透射式光电法中心率监测与佩戴温馨的双重请求。 不外，反射式光电法固然在稳定状态下表示良好，但是当设备戴在伎俩末端，会随着运用者走路或无规则运动而像钟摆普通上下荡，向心力将使得血液量呈现大变更；当血管收缩压与向心力在血液中交互作用，就更难分辨血管中的血量。因而可能降低心率数据的精确度。此外，可穿戴设备佩戴的松紧和人体皮肤血流量的大小也会影响到监测精确度。 2.心电信号法 心电信号法其实就是医疗级别常用的最精确的丈量心率的措施。心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，随同着无数心肌细胞动作电位变更，这些生物电的变更称为心电，而经过心电的周期性变更便能够检测到心率。除了心率，心电图还能够提供包含心脏功用障碍、心脏疾病、以及心脏功用恢复状况、患者的躯体和心理压力状况等。 关于智能穿戴设备来说，配备的传感器能够经过丈量心肌收缩的电信号来判别运用者的心率状况，原理和心电图相似，这种措施的精确度十分高，但缺陷是电路比较复杂，占 PCB空间比较大，易受电磁干扰，同时传感器必须紧贴皮肤，放置位置相对固定，所以采用这种丈量方式的智能穿戴产品并未几见。 压力振荡法和图像信号剖析法 压力振荡法主要应用在电子血压计上，血压计袖带给手臂加压，经过薄膜压力传感器探测动脉血管的搏动振幅中止AD转换，从而丈量血压与脉率（依据一定时间内有多少个脉搏波计算出心率）。图像信号剖析法主要是应用脸部图像估测心率。由于，心脏跳动时人脸上的颜色会产生细微的变更，而且胸口和肩膀也有细微的动作，对采集到的图像中止能够估测心率和呼吸频率。美国麻省理工学院推出的Vital-Radio则是由路由器发出WiFi信号，当信号遇到周围的人或者物体的时分就会马上反弹，经过特殊的算法可计算出每次信号的反射速度，以此来判别有无生命物体，假如是生命体的话，这款产品就会记载人体心率和呼吸频率。 这两种措施对运用者请求较高，仅限于人体相对静止的状况，措施不当结果也会差很多，以至患有某些心血管疾病的病人丈量结果不太精确。因而，智能穿戴设备范畴采用这两种措施丈量心率的产品十分少。 |
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