MEAS壓電薄膜傳感器心率檢測

大家好，我是【廣州工控傳感★科技】傳感器事業(yè)部，張工。

第一部分重點介紹電壓薄膜傳感器系統(tǒng)的工作原理以及如何使用它們進(jìn)行測量。

大多數(shù)可穿戴設(shè)備使用電壓薄膜傳感器來測量心率和其他生物特征。該方法非常簡單，壓電薄膜傳感器基于以下工作原理：當(dāng)血流動力學(xué)發(fā)生變化時，例如脈搏率（心率）或血容量（心輸出量），光線進(jìn)入人體 發(fā)生可預(yù)見的散射。

MEAS壓電薄膜傳感器生成測量心率的PPG波形并將心率數(shù)據(jù)用作基礎(chǔ)生物特征值，但 PPG波形可以測量的遠(yuǎn)不止這些。雖然很難獲得和保持準(zhǔn)確的PPG測量值（我們將在下一篇文章中詳細(xì)討論），但如果您能夠成功獲得準(zhǔn)確的PPG測量值，它可以是強(qiáng)大的。PPG信號是當(dāng)今市場所需的大量生物識別技術(shù)的基礎(chǔ)。該信號代表多個生物特征測量值。

下面我們進(jìn)一步解讀MEAS壓電薄膜傳感器可以測量的結(jié)果：

呼吸頻率- 休息時較低的呼吸頻率通常表明身體狀況較好。

最大攝氧量 (VO2max) – VO2 衡量身體可以吸收的最大氧氣量，是一種廣泛使用的有氧耐力指標(biāo)。

血氧水平 (SpO2) - 指血液中的氧氣濃度。

R-R 間期（心率變異性）- R-R 間期是血液脈沖之間的時間； 一般來說，心跳間隔時間越長越好。 R-R 區(qū)間分析，可用作壓力水平和不同心臟問題的指標(biāo)。

血壓 - 使用 PPG 傳感器信號，無需使用血壓計即可測量血壓。

血液灌注- 灌注是指身體將血液推過循環(huán)系統(tǒng)的能力，尤其是在死亡時通過全身毛細(xì)血管床的能力。 因為 PPG 傳感器跟蹤血流，所以可以測量血液相對灌注率和血液灌注水平的變化。

心臟效率——這是心血管健康和身體狀況的另一個指標(biāo)。 一般來說，它衡量心臟每次中風(fēng)所做的工作率。

在可穿戴設(shè)備上設(shè)計心率傳感器很困難，因為設(shè)計方法受人體運動的影響很大。 為了彌補(bǔ)這一點，您需要強(qiáng)大的光機(jī)械和信號提取算法。 描述您在設(shè)計心率傳感器時可能面臨的一些主要挑戰(zhàn)。

信號提取算法

下面提供了有關(guān)信號提取注意事項的更多詳細(xì)信息：

該算法是否在不同人群中得到驗證？ 這很重要，只有這樣的驗證才能保證設(shè)備在各種膚色、性別、體型和健康狀況下都能正常工作。

該算法是否對多種類型的運動噪聲具有魯棒性？ 算法必須能夠在各種活動中正常工作，包括步行、跑步（快速和穩(wěn)定的跑步和間歇訓(xùn)練）、短跑、健身房訓(xùn)練以及打字或駕駛等日常活動。

算法能否繼續(xù)改進(jìn)以處理更多用例和新型生物特征？ 這一技術(shù)和可穿戴設(shè)備正在迅速發(fā)展。

靜息心率

當(dāng)人們想到健身時，休息”這個詞可能不是第一個想到的詞，但心率的靜息測量可以作為健身水平的一個很好的指標(biāo)。在不活動期間，靜息心率的降低與健康狀況的提高有關(guān)。一個人的靜息心率越低，他就越有可能減緩心血管疾病的進(jìn)展。

心率恢復(fù)

同樣，測量心率恢復(fù)——運動后心臟恢復(fù)正常水平的能力一也可以預(yù)測健康水平和心臟功能。健康的心臟比不健康的心臟恢復(fù)得更快。較高的心率恢復(fù)率表明更好的耐力和更好的心血管健康。要評估您的心率恢復(fù)情況，您可以查看運動期間的心率與停止運動后一到兩分鐘之間的心率差異。

心率反應(yīng)

另一個有用的評估來自心率傳感器，在大約一分鐘的運動后，是運動時的心率反應(yīng)，這是一種生理反應(yīng)。工作肌肉活動增加導(dǎo)致交感神經(jīng)系統(tǒng)活動增加。健身水平越低，心率對運動的反應(yīng)越靈敏。通過定期訓(xùn)練，身體會適應(yīng)。雖然心率仍會隨著運動而增加，但身體必須更加努力地工作才能達(dá)到相同的速度。較高的心率反應(yīng)，加上變時性功能不全，也有助于預(yù)測頸動脈疾病。

心臟效率

定期鍛煉還可以提高心臟效率，這是心臟所做的工作與完成工作所需的能量之比。心臟效率越高，身體活動所需的跳動就越少。心臟效率是心臟健康的主要指標(biāo)。 心率下降與許多心血管疾病有關(guān)，包括高血壓。

心率變異性

身體活動或身體壓力也可以通過HRV評估，以評估心跳之間的時間變化。該措施可以表明心理社會或精神壓力，以及過度運動。HRV 監(jiān)測壓力源對身體的影響，這與疲勞（精神和工作能力）以及執(zhí)行精神和工作任務(wù)的準(zhǔn)備程度有關(guān)。HRV還可以預(yù)測心律失常和心房顫動的發(fā)生率。