MEAS压电薄膜传感器心率检测

大家好，我是【广州工控传感★科技】传感器事业部，张工。

第一部分重点介绍电压薄膜传感器系统的工作原理以及如何使用它们进行测量。
 

大多数可穿戴设备使用电压薄膜传感器来测量心率和其他生物特征。该方法非常简单，压电薄膜传感器基于以下工作原理：当血流动力学发生变化时，例如脉搏率（心率）或血容量（心输出量），光线进入人体 发生可预见的散射。

 

MEAS压电薄膜传感器生成测量心率的PPG波形并将心率数据用作基础生物特征值，但 PPG波形可以测量的远不止这些。虽然很难获得和保持准确的PPG测量值（我们将在下一篇文章中详细讨论），但如果您能够成功获得准确的PPG测量值，它可以是强大的。PPG信号是当今市场所需的大量生物识别技术的基础。该信号代表多个生物特征测量值。

 

下面我们进一步解读MEAS压电薄膜传感器可以测量的结果：

呼吸频率- 休息时较低的呼吸频率通常表明身体状况较好。
 

最大摄氧量 (VO2max) – VO2 衡量身体可以吸收的最大氧气量，是一种广泛使用的有氧耐力指标。
 

血氧水平 (SpO2) - 指血液中的氧气浓度。
 

R-R 间期（心率变异性）- R-R 间期是血液脉冲之间的时间； 一般来说，心跳间隔时间越长越好。 R-R 区间分析，可用作压力水平和不同心脏问题的指标。
 

血压 - 使用 PPG 传感器信号，无需使用血压计即可测量血压。
 

血液灌注- 灌注是指身体将血液推过循环系统的能力，尤其是在死亡时通过全身毛细血管床的能力。 因为 PPG 传感器跟踪血流，所以可以测量血液相对灌注率和血液灌注水平的变化。
 

心脏效率——这是心血管健康和身体状况的另一个指标。 一般来说，它衡量心脏每次中风所做的工作率。
 

在可穿戴设备上设计心率传感器很困难，因为设计方法受人体运动的影响很大。 为了弥补这一点，您需要强大的光机械和信号提取算法。 描述您在设计心率传感器时可能面临的一些主要挑战。

 

信号提取算法

下面提供了有关信号提取注意事项的更多详细信息：
 

该算法是否在不同人群中得到验证？ 这很重要，只有这样的验证才能保证设备在各种肤色、性别、体型和健康状况下都能正常工作。
 

该算法是否对多种类型的运动噪声具有鲁棒性？ 算法必须能够在各种活动中正常工作，包括步行、跑步（快速和稳定的跑步和间歇训练）、短跑、健身房训练以及打字或驾驶等日常活动。
 

算法能否继续改进以处理更多用例和新型生物特征？ 这一技术和可穿戴设备正在迅速发展。

静息心率

当人们想到健身时，休息”这个词可能不是第一个想到的词，但心率的静息测量可以作为健身水平的一个很好的指标。在不活动期间，静息心率的降低与健康状况的提高有关。一个人的静息心率越低，他就越有可能减缓心血管疾病的进展。
 

心率恢复
 

同样，测量心率恢复——运动后心脏恢复正常水平的能力一也可以预测健康水平和心脏功能。健康的心脏比不健康的心脏恢复得更快。较高的心率恢复率表明更好的耐力和更好的心血管健康。要评估您的心率恢复情况，您可以查看运动期间的心率与停止运动后一到两分钟之间的心率差异。
 

心率反应
 

另一个有用的评估来自心率传感器，在大约一分钟的运动后，是运动时的心率反应，这是一种生理反应。工作肌肉活动增加导致交感神经系统活动增加。健身水平越低，心率对运动的反应越灵敏。通过定期训练，身体会适应。虽然心率仍会随着运动而增加，但身体必须更加努力地工作才能达到相同的速度。较高的心率反应，加上变时性功能不全，也有助于预测颈动脉疾病。
 

心脏效率
 

定期锻炼还可以提高心脏效率，这是心脏所做的工作与完成工作所需的能量之比。心脏效率越高，身体活动所需的跳动就越少。心脏效率是心脏健康的主要指标。 心率下降与许多心血管疾病有关，包括高血压。
 

心率变异性
 

身体活动或身体压力也可以通过HRV评估，以评估心跳之间的时间变化。该措施可以表明心理社会或精神压力，以及过度运动。HRV 监测压力源对身体的影响，这与疲劳（精神和工作能力）以及执行精神和工作任务的准备程度有关。HRV还可以预测心律失常和心房颤动的发生率。