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智能穿戴设备如何进行心率监测?详解智能手表、手环心率监测原理

导读: 作为21世纪的新兴产物—智能穿戴产品,因其特定的使用场景和佩戴要求,应用在该领域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、图像信号分析法等几类。

  心电信号法

  心电信号法其实就是医疗级别常用的最准确的测量心率的方法。心脏在每个心动周期中,由起搏点、心房、心室相继兴奋,伴随着无数心肌细胞动作电位变化,这些生物电的变化称为心电,而通过心电的周期性变化便可以检测到心率。除了心率,心电图还可以提供包括心脏功能障碍、心脏疾病、以及心脏功能恢复情况、患者的躯体和心理压力情况等。

  对于智能穿戴设备来说,配备的传感器可以通过测量心肌收缩的电信号来判断使用者的心率情况,原理和心电图类似,这种方法的准确度非常高,但缺点是电路比较复杂,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,所以采用这种测量方式的智能穿戴产品并不多见。

智能穿戴设备如何进行心率监测?详解智能手表、手环心率监测原理

  心电图导联体系。

  压力振荡法和图像信号分析法

  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,通过薄膜压力传感器探测动脉血管的搏动振幅进行AD转换,从而测量血压与脉率(根据一定时间内有多少个脉搏波计算出心率)。图像信号分析法主要是利用脸部图像估测心率。因为,心脏跳动时人脸上的颜色会产生细微的变化,而且胸口和肩膀也有细微的动作,对采集到的图像进行可以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Wi-Fi信号,当信号遇到周围的人或者物体的时候就会马上反弹,通过特殊的算法可计算出每次信号的反射速度,以此来判断有无生命物体,如果是生命体的话,这款产品就会记录人体心率和呼吸频率。

  这两种方法对使用者要求较高,仅限于人体相对静止的情况,方法不当结果也会差很多,甚至患有某些心血管疾病的病人测量结果不太准确。因此,智能穿戴设备领域采用这两种方法测量心率的产品非常少。

  智能穿戴产品该怎么选?

  看完上面介绍的这些心率监测方法,那么消费者到底该选哪一种智能穿戴设备好呢?

  对于智能穿戴设备厂商来说,这取决于产品的市场定位。如果定位为一款时尚手环,那么其监测心率的功能很多时候只是一种点缀,用户使用的大多数功能可能是看时间、短信推送、记步等,这时候仅仅需要能提供静态心率功能就足够了。如果是运动手表,光电法以其便捷性和穿戴舒适性取胜;主要应用于运动方向,那么通过光电法监测的心率准确率基本上可以满足需求。此外,对于普通的运动监测需求,运动手表需要做到动态心率功能,及能实时的长时监测心率,并且需要在运动过程中能较好地排除由运动造成的心率信号干扰。因此,采用加速度计等补偿算法是更好的选择。

智能穿戴设备如何进行心率监测?详解智能手表、手环心率监测原理

  国外一项将Apple Watch与专业心率监测器Mio Alpha对比测试的研究表明,Apple Watch心率监测的准确度可媲美Mio Alpha。

  对于普通消费者来说,目前世面上绝大部分智能穿戴产品的心率监测功能都较为准确,作为普通人运动和健身监测的工具绰绰有余。因此,只需要按照自己心里预估价位、个人喜好等特点挑选即可。不过,对于相对专业的运动员来说,建议佩戴测心电信号的心率胸带,因为这类产品的准确度更高,可以通过监测运动员的心率变异性以提供更多的健康指标。

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