智能手表是如何检测人的心率的？
你有没有想过，你手腕上的那块小小的智能手表，是怎么知道你的心在跳动，甚至还在精确地告诉你每分钟跳多少次的？这背后其实是一项相当巧妙的技术，主要依靠的就是一个叫做光电容积脉搏波描记法（Photoplethysmography，简称PPG）的原理。
想象一下，你的血液在血管里流动，每一次心跳都会让血管里的血量发生微小的变化，就像潮汐一样有涨有落。PPG技术就是利用这个规律来“看见”你的心跳。
核心组件：绿光LED和光电二极管
你的智能手表里，通常在背面会有一到两个小小的、发出绿色光芒的LED灯，旁边还有一个非常敏感的光传感器，也就是光电二极管。
1. 发光： 当手表戴在手腕上时，这些绿光LED灯会向你的皮肤发射出绿光。为什么是绿光呢？因为绿光在穿透人体组织时，尤其是血液，表现得特别好。
2. 血液的吸收： 血液中的红细胞含有血红蛋白，血红蛋白会吸收绿光。当你心跳加速，血液泵入血管时，流经手表下方皮肤的血液量就会增加，这部分血液就会吸收更多的绿光。反之，当你的心跳减弱，血液量减少时，被吸收的绿光也会随之减少。
3. 反射/透射： 绿光并不是完全被吸收，一部分会被血液散射，然后反射回来，或者穿透皮肤到达另一侧（如果手表的设计是这样的话）。
4. 光电二极管的“看见”： 关键就在这里了。那个小小的光电二极管，它的任务就是捕捉那些被血液散射后“跑回来”或者“穿透过去”的绿光。
如果手表是“透射式”（早期或某些设计）：光从一侧发出，穿过皮肤，在另一侧被传感器接收。
如果手表是“反射式”（更常见）：光从LED发出，照射到皮肤，散射后反射回来的光被传感器接收。
5. 信号的变化： 关键在于，由于每一次心跳都会导致血液量的变化，那么传感器接收到的光的强度也会随着心跳的节律而周期性地变化。当血液量多时，反射/透射的光就少；当血液量少时，反射/透射的光就多。
把光信号变成心率数据
现在，传感器接收到的就是一系列随时间变化的微弱光信号。这些信号就像是心跳的“影子”。
1. 放大与过滤： 这些原始的光信号非常微弱，而且可能会受到其他干扰，比如身体的细微移动、环境光线等。所以，手表内部的微处理器会先对这些信号进行放大，然后再进行复杂的过滤，去除掉那些不是由心跳引起的变化。
2. 识别心跳峰值： 经过处理的信号会显示出明显的波峰和波谷，这些波峰就对应着你的每一次心跳。就像是在一条记录心跳强度的曲线上，找出那些“尖尖”的点。
3. 计算心率： 一旦识别出这些心跳的“尖尖”，手表就能计算出在一定时间段内（比如一分钟）有多少个这样的心跳峰值，这就是你的心率，单位是“次/分钟”（bpm）。
更高级一点的讲究：
多波长光： 有些更先进的智能手表可能会使用不只绿光，还会用到红外光。不同的光波长对血液的吸收和散射特性略有不同，组合使用可以提高测量的准确性，尤其是在某些肤色或者运动状态下。
算法优化： 仅仅捕捉到光信号的变化还不够。手表内部的算法非常关键，它们要能区分出心跳带来的周期性信号和身体运动（比如手臂挥动）带来的非周期性干扰。比如，当你在跑步时，算法会更加复杂，需要尝试剔除掉运动产生的“噪声”。
佩戴的紧密度： 手表戴得太松，绿光很容易散射到周围，或者外部光线会直接干扰传感器；戴得太紧，又可能影响血液循环，导致信号失真。所以，舒适且贴合的佩戴是获得准确读数的关键。
皮肤特性： 肤色、皮肤下的血管分布、体毛等因素都会对绿光的吸收和反射产生影响。智能手表通过大量的数据训练和算法优化，力求在不同个体上都能有比较好的表现，但有时候也会存在个体差异。
总而言之，你手腕上的智能手表，是通过发射绿光，然后“倾听”这些绿光在你的皮肤和血液中的“旅程”变化，再把这些光学信号翻译成你心脏跳动的次数。这就像是一个小小的光学听诊器，只不过它听的是光的反射和透射，而不是声音。
想象一下，你的血液在血管里流动，每一次心跳都会让血管里的血量发生微小的变化，就像潮汐一样有涨有落。PPG技术就是利用这个规律来“看见”你的心跳。
核心组件：绿光LED和光电二极管
你的智能手表里，通常在背面会有一到两个小小的、发出绿色光芒的LED灯，旁边还有一个非常敏感的光传感器，也就是光电二极管。
1. 发光： 当手表戴在手腕上时，这些绿光LED灯会向你的皮肤发射出绿光。为什么是绿光呢？因为绿光在穿透人体组织时，尤其是血液，表现得特别好。
2. 血液的吸收： 血液中的红细胞含有血红蛋白，血红蛋白会吸收绿光。当你心跳加速，血液泵入血管时，流经手表下方皮肤的血液量就会增加，这部分血液就会吸收更多的绿光。反之，当你的心跳减弱，血液量减少时，被吸收的绿光也会随之减少。
3. 反射/透射： 绿光并不是完全被吸收，一部分会被血液散射，然后反射回来，或者穿透皮肤到达另一侧（如果手表的设计是这样的话）。
4. 光电二极管的“看见”： 关键就在这里了。那个小小的光电二极管，它的任务就是捕捉那些被血液散射后“跑回来”或者“穿透过去”的绿光。
如果手表是“透射式”（早期或某些设计）：光从一侧发出，穿过皮肤，在另一侧被传感器接收。
如果手表是“反射式”（更常见）：光从LED发出，照射到皮肤，散射后反射回来的光被传感器接收。
5. 信号的变化： 关键在于，由于每一次心跳都会导致血液量的变化，那么传感器接收到的光的强度也会随着心跳的节律而周期性地变化。当血液量多时，反射/透射的光就少；当血液量少时，反射/透射的光就多。
把光信号变成心率数据
现在，传感器接收到的就是一系列随时间变化的微弱光信号。这些信号就像是心跳的“影子”。
1. 放大与过滤： 这些原始的光信号非常微弱，而且可能会受到其他干扰，比如身体的细微移动、环境光线等。所以，手表内部的微处理器会先对这些信号进行放大，然后再进行复杂的过滤，去除掉那些不是由心跳引起的变化。
2. 识别心跳峰值： 经过处理的信号会显示出明显的波峰和波谷，这些波峰就对应着你的每一次心跳。就像是在一条记录心跳强度的曲线上，找出那些“尖尖”的点。
3. 计算心率： 一旦识别出这些心跳的“尖尖”，手表就能计算出在一定时间段内（比如一分钟）有多少个这样的心跳峰值，这就是你的心率，单位是“次/分钟”（bpm）。
更高级一点的讲究：
多波长光： 有些更先进的智能手表可能会使用不只绿光，还会用到红外光。不同的光波长对血液的吸收和散射特性略有不同，组合使用可以提高测量的准确性，尤其是在某些肤色或者运动状态下。
算法优化： 仅仅捕捉到光信号的变化还不够。手表内部的算法非常关键，它们要能区分出心跳带来的周期性信号和身体运动（比如手臂挥动）带来的非周期性干扰。比如，当你在跑步时，算法会更加复杂，需要尝试剔除掉运动产生的“噪声”。
佩戴的紧密度： 手表戴得太松，绿光很容易散射到周围，或者外部光线会直接干扰传感器；戴得太紧，又可能影响血液循环，导致信号失真。所以，舒适且贴合的佩戴是获得准确读数的关键。
皮肤特性： 肤色、皮肤下的血管分布、体毛等因素都会对绿光的吸收和反射产生影响。智能手表通过大量的数据训练和算法优化，力求在不同个体上都能有比较好的表现，但有时候也会存在个体差异。
总而言之，你手腕上的智能手表，是通过发射绿光，然后“倾听”这些绿光在你的皮肤和血液中的“旅程”变化，再把这些光学信号翻译成你心脏跳动的次数。这就像是一个小小的光学听诊器，只不过它听的是光的反射和透射，而不是声音。
网友意见
如今手表检测心率一般通过两种方法——
1. 心率带，需要另外连接手表查看数据；
2. 光学式心率，位于手表背面；
心率带
心率带与医院心电图的原理一致，这种方法被称为「心电描记术（ECG）」。
在心肌细胞处于静息状态下时，心肌细胞膜两侧存在由正负离子浓度差形成的电势差，随着心脏的跳动，心肌细胞电势差迅速向0变化。这过程被称为去极化，在此期间会产生微小的电压变化。
如果在心脏的任意两面放置2个电极，即可以捕捉到其电压的变化，并且在心电图纸上显示。
简单来说——位于胸带（心率带）两侧的电极片会负责捕捉心脏跳动时在皮肤表面引起的微小电学变化，这些小变化会被发送至心率表转化为当前我们看到的心率。
不过需要注意的是，由于医院心电图为10个电极（12导联），所以数据上会更加精确，也能发现部分心脏问题。当然心率带会基于一些算法的优化，让输出的数据更为准确。
光学式心率
光学式心率的原理被称为「光体积变化描记图法 (PPG)」，其是以光学的方式来测量脉搏的一种技术。
我们都知道血液是红色的，所以会反射红光而吸收绿光。血液中含有血红素，而含氧量不同的血红素，吸收与反射光线的程度也会有差异。
动脉中的血流量也会随心脏收缩、舒张呈现周期性的规律变化。收缩时，血红素密度高，会吸收较多绿光；舒张时，血红素密度低，反射较多绿光。
手表背后的LED光每秒会闪动数百次，根据反射光的强弱程度来计算出每分钟心跳的次数，也就是心率。
最后说一下如何提高光电式测量心率的准确性——
- 确认设备紧贴于手腕不松动，但不可太紧以免影响血液循环；
- 佩戴手表于手腕外侧，远离腕骨；
- 避免将手表配戴于黑色刺青上；
- 确认手表软件为最新版。
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