心率是衡量運(yùn)動(dòng)效果，控制運(yùn)動(dòng)量的最有效標(biāo)準(zhǔn)。在心率監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，最準(zhǔn)確的應(yīng)該是心率帶，但在現(xiàn)在這個(gè)“顏值”社會(huì)中，又便宜又準(zhǔn)確的心率帶已out，取而代之的是各類手環(huán)和手表。

手環(huán)/腕帶相對(duì)來說更小巧容易佩戴且價(jià)格適中，而運(yùn)動(dòng)手表往往集成GPS、心率傳感器、訓(xùn)練模式等豐富的功能，當(dāng)然價(jià)格也是所有心率設(shè)備中最為昂貴的。

拋開心率監(jiān)測(cè)的外形不談，這類電子產(chǎn)品因?yàn)楦t(yī)學(xué)相關(guān)，本文是以普及性的非醫(yī)學(xué)專業(yè)人士的語言來解釋測(cè)試的原理與方法。

四種成熟的心率監(jiān)測(cè)方法

從事可穿戴醫(yī)療器械研究和開發(fā)的電子工程PhD王法，與大家分享了目前成熟的心率無創(chuàng)測(cè)量手段：血氧法，光電容積法，心電信號(hào)法，和動(dòng)脈壓力法。

(1) 血氧法。

如果大家讀書時(shí)候做過臺(tái)階測(cè)試(一種心肺功能的體鍛測(cè)試)的話，那么一定對(duì)這種心率測(cè)試方法不陌生。那種夾在食指尖的心率測(cè)試儀就是采用這種方案。

一般來講，完整的血氧飽和度儀往往有2種發(fā)光二極管，一種波長(zhǎng)660nm，是可見光的紅光，一種波長(zhǎng)900多nm，是紅外線。血管中攜氧的血紅蛋白和不攜帶氧的血紅蛋白，對(duì)兩種光的吸收率是不同的。如下圖。

同時(shí)，血管中的氧含量，是有消耗——心臟泵血增加——再消耗這樣的周期過程的。這個(gè)周期剛好與心率是一致的。

血氧法的優(yōu)勢(shì)是提供心率和血氧飽和度兩種信號(hào)。劣勢(shì)是由于需要在另一端接受透射光信號(hào)，那么這部分人體組織就必須足夠薄才行，全身上下合適的位置就只有指尖和耳垂。手腕太厚了，可見光根本無法穿透，使用范圍比較受限制。

所以很多運(yùn)動(dòng)腕表都沒有采用這個(gè)方案。

(2)光電體積法。

這種方案是追蹤可見光(綠光)在人體組織中的反射。通常是有兩個(gè)綠色LED向手腕發(fā)出可見光，然后中間有個(gè)光電傳感器感應(yīng)反射光。如下：

人體的皮膚，骨骼，肉，脂肪等對(duì)光的反射是固定值，而毛細(xì)血管和動(dòng)脈靜脈由于隨著脈搏容積不停變大變小，所以對(duì)光的反射是波動(dòng)值。這個(gè)波動(dòng)的頻率就是脈搏，一般也跟心率是一致的。

這種方法只能得到心率信號(hào)，但是相對(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)帶來的噪聲抵抗力比較強(qiáng)，很適合目前的運(yùn)動(dòng)腕表。

至于精度，除了apple watch以外，其他幾家都是用的同一款飛利浦的專利傳感器。。。。。。

唯一能做的花頭無非就是加速度儀去補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)噪聲的算法不同，從我經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，應(yīng)該都大同小異。

至于用綠光的原因——不是因?yàn)檠菏羌t的，所以用綠光，真正原因是綠光對(duì)外界溫度變化造成的信號(hào)漂移是最小的。

(3)心電信號(hào)法。

竇房結(jié)有節(jié)律地控制心臟收縮舒張從而向軀干泵血。這個(gè)控制信號(hào)是一個(gè)電信號(hào)(人體神經(jīng)信號(hào)在神經(jīng)上都表現(xiàn)為電信號(hào))，會(huì)逐漸擴(kuò)散到體表，可以在皮膚通過電極測(cè)量。大家去醫(yī)院一般用的心電儀就是采用這個(gè)原理。這個(gè)節(jié)奏就是心率，除此之外，心電信號(hào)還可以為醫(yī)生診斷提供很多參考信息。

目前市面上最精確的可穿戴心率測(cè)量?jī)x器，心率帶，也是采用這個(gè)方法。

但是由于心電信號(hào)的波長(zhǎng)非常長(zhǎng)，為了測(cè)得足夠精度的信號(hào)，信號(hào)電極和參考電極就必須在軀干空間上隔得足夠遠(yuǎn)。一般是胸上比較遠(yuǎn)得兩點(diǎn)，或者左手和右手，或者手和腳等。腕表就比較難采用這個(gè)方案，除非有人愿意同時(shí)帶兩個(gè)表。

(4) 動(dòng)脈血壓法。

這其實(shí)是最古老的方法，中醫(yī)的診脈。

在手腕或者頸部?jī)蓚?cè)，都可以經(jīng)皮膚摸到動(dòng)脈的壓力有規(guī)律地漲落。通過壓力傳感器可以將這個(gè)信號(hào)變成心率。

這個(gè)方案也是目前商用最不成熟的，原因一是壓力傳感器需要長(zhǎng)期對(duì)穿戴者的動(dòng)脈半壓迫，有不適感;二是壓力傳感器難以以合適的方式固定在皮膚表面：固定地太緊會(huì)導(dǎo)致血流不暢，固定地太松又無法實(shí)現(xiàn)測(cè)量。這個(gè)問題在運(yùn)動(dòng)腕表設(shè)計(jì)中表現(xiàn)得格外明顯。

所以該方法一般只在醫(yī)院中對(duì)手術(shù)中手術(shù)后的靜息病人使用。

一句話描述心率監(jiān)測(cè)的四種方法

如果這么多字看的累，那么網(wǎng)友MikeWay用更精煉的語言描述了目前心率監(jiān)測(cè)的主要手段：聲，光，電，壓四種——后三者與王法描述的相同。

1.聲。 通常是利用超聲多普勒原理來檢查心臟的搏動(dòng)，常見的胎心儀就是這一原理。

2.光。 利用光透射或反射血管內(nèi)流動(dòng)的血液(脈搏)來檢測(cè)脈率，通常情況下是等于心率的。目前絕大部分手環(huán)都是這一原理來檢測(cè)心率。

3.電。 就是大家通常說的ECG信號(hào)，它是有人體心臟搏動(dòng)而產(chǎn)生的毫伏級(jí)電信號(hào)，大家看到體檢的心電圖，心率帶等至少需要兩個(gè)以上電極的設(shè)備都屬于這種檢測(cè)原理。

4.壓。 通常使用一個(gè)壓力傳感器來檢測(cè)脈博搏動(dòng)的微弱壓力信號(hào)來檢測(cè)脈率，有極少手環(huán)使用，主要在血壓檢測(cè)中計(jì)算血壓和脈率。