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光線干擾

事實上，光電式心率測量設(shè)備最大的技術(shù)障礙是如何將生物特征信號從干擾中分離出來，特別是運動干擾。不幸的是，當(dāng)把光線射入一個人的皮膚時，只有一小部分光量子返回給傳感器，并且收集的所有光量子，只有百分之一或千分之一是由心臟收縮的血流量調(diào)節(jié)的，剩下的都分散在非搏動性生理物質(zhì)上，例如皮膚、肌肉、肌腱等等。因此，當(dāng)這些非搏動性生理物質(zhì)四處移動，比如在鍛煉或者日常生活活動中，由此導(dǎo)致的光線隨著時間變化運動躁動分散是很難從光線隨著真實血流量的分散中區(qū)分出來的。周圍光線干擾還加劇這個問題的嚴(yán)重性，比如隨著時間的變化，太陽光的干擾可以完全滲透到光電探測器中，甚至創(chuàng)造出近似生理性質(zhì)的脈動信號。

膚色

人類擁有非常多種不同的漂亮膚色，多到以至于菲氏量表為膚色數(shù)值分類和對紫外線的反應(yīng)而提供了7個類型的標(biāo)準(zhǔn)。不同的膚色對光的吸收是不同的，因此每一種膚色的特點在于都有不同的吸光圖譜。那么，這意味著光電式心率測量設(shè)備傳感器捕獲的光的強度和波長是取決于穿戴傳感器的人的膚色的。例如，深色皮膚吸收綠色光較多，這也表明了為什么大多數(shù)設(shè)備采用綠色LED作為光線發(fā)射器，限制了透過深色皮膚準(zhǔn)確測量心率的能力的問題。這同樣暴露出透過紋身的皮膚測量心率的問題，這也是蘋果被人們詬病的“紋身門”，手腕有紋身的蘋果手表用戶發(fā)現(xiàn)顯示屏上的數(shù)據(jù)顯示非常微弱，甚至沒有。

交叉問題

光電式心率監(jiān)測器存在由于周期性活動期間的運動而產(chǎn)生的交叉干擾方面的問題，這個問題面臨的最大的挑戰(zhàn)是這種活動帶來持續(xù)性的相同重復(fù)的動作。這點在記錄慢跑和跑步期間的步伐頻率時最常見，因為這些數(shù)據(jù)通常與心跳頻率（140-180下／步數(shù)每分鐘）處于同一個基本區(qū)間里。許多光電式心率監(jiān)測設(shè)備面臨的這個問題使得運算法則很容易將通過光電監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入的步伐速率錯誤解讀成心率。這就是為人所知的“交叉問題”，因為在圖表上查看這些數(shù)據(jù)時，當(dāng)心率和步伐速率發(fā)生重疊，許多光電式心率監(jiān)測設(shè)備傾向于鎖定步伐速率并將其顯示為心率，盡管心率可能會在重疊后發(fā)生巨大改變。這個交叉干擾的問題在蘋果表上體現(xiàn)很明顯。

和其他腕部的光電式心率測量設(shè)備技術(shù)相比，很明顯蘋果表在“交叉”時顯示的心率監(jiān)測失敗，標(biāo)簽1到4人的步伐速率和心率相似，蘋果的數(shù)字信號不能將它們區(qū)分開來。第2處交叉有超過兩分鐘把心率讀成了步伐速率。

傳感器在人體上的位置

設(shè)備在人體上使用時面臨的獨有的挑戰(zhàn)是位置的不同會導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生顯著的區(qū)別。最主要集中在三個部位：

1、耳朵－－在音頻耳塞里

2、胳膊－－在上臂臂章上部或者下臂上

3、手腕－－在智能手表或者運動追蹤器上

事實表明，腕部是最不能做到精確測量的部位之一。因為這個區(qū)域（肌肉、肌腱、骨頭等等）會產(chǎn)生更高的光線干擾，并且血管結(jié)構(gòu)有高度的變異性。前臂部位被認(rèn)為是更好的選擇，因為在那里的皮膚表面有更高的血管密度。然而，對于光電式心率監(jiān)測設(shè)備來說，耳朵是至今為止被認(rèn)為最佳的部位。因為那里只有軟骨和毛細(xì)血管，即使身體在運動也不會移動太多，因此大大減少了必須被過濾的光線的干擾。特別是，密集的動脈集合存在于抗耳屏耳和外耳之間。

上圖表明生物識別耳機(jī)和胸帶都能很好的排列，而腕部的光電式心率測量設(shè)備則做不到。

低灌注

灌注是身體將血液運送到毛細(xì)血管床的過程。在膚色上，不同種族之間灌注的水平是有極大差別的，像肥胖、糖尿病、心臟疾病和動脈疾病等問題都會降低血液灌注水平。低水平灌注，特別是在四肢上，會對光電式心率監(jiān)測設(shè)備形成挑戰(zhàn)，因為信號和干擾的比率可能會大幅降低，低水平灌注和低水平的血流信號是相關(guān)聯(lián)的。不幸的是，低水平灌注在當(dāng)今社會太常見了。所以，這也是一個很大的問題。幸運的是，在大多數(shù)由于低水平灌注導(dǎo)致光電式心率監(jiān)測設(shè)備失敗的案例中，心臟信號會在幾分鐘的熱身后重新恢復(fù)，即開始動脈血流流入毛細(xì)血管和小動脈的新循環(huán)。

光學(xué)式心率傳感器使用時的注意要點

盡管現(xiàn)在市場上絕大部分的心率測量穿戴設(shè)備都采用的是PPG的測量原理，無論是從測量還是使用上來看都比較方便。但唯獨在測量精度、穩(wěn)定性方面卻時常表現(xiàn)得不盡如人意，誤差較大。

在腕帶式心率測量設(shè)備的使用過程中，通常會要求攜帶者佩戴嚴(yán)實，以避免漏光而使得環(huán)境光線對測量產(chǎn)生干擾。

此外，皮膚的顏色、毛發(fā)和汗液也多多少少會對測量造成影響。一般來說，膚色越深的人光線越是難以穿透。而膚色越淺的人，反射光則在明亮的光束下又越容易散掉。為此，我們也從用戶反饋中窺得其中端倪。一位Samsung Gear 2的黑人用戶表示：膚色深的人根本用不了！我膚色還不算最深的，但是設(shè)備卻沒有一次能正常工作。而當(dāng)我把傳感器移到指尖（手上膚色較淺的地方），設(shè)備就能好好運作。

影響光學(xué)心率測量設(shè)備精度的還有另一個重要因素，那就是測量點的選擇。由于腕部毛細(xì)血管狹窄，當(dāng)血液循環(huán)至此時，流速已經(jīng)慢了下來，無法真實反映及時心率。從上面的一個例子不難發(fā)現(xiàn)，人體指尖也是準(zhǔn)確測量心率的一個絕佳位置。甚至有實驗顯示，在指尖處測量心率的精度要比手腕處高。這主要是因為指尖有一條直通心臟的動脈血管，血液的流速緊隨心臟每一次的怦動。而指尖皮膚呈半透明，有利于光的穿透，這進(jìn)一步方便了光學(xué)傳感器在指尖的讀數(shù)。