心率监测的原理

1 光体积变化描记图法Photoplethysmography(PPG)

以下详细介绍Si1144心率传感器如何通过光电式PPG信号实现心率监测：

Si1144心率传感器如何通过光电式PPG信号实现

1、首先Silicon Labs Si1144 心率传感器采用PPG光电式测量，内置绿色LED是525nm光波段，采用绿光LED是因为其穿透力强，同时容易被血红蛋白吸收。

2、LED发出的绿光经过人体的皮肤进入皮下组织，皮下组织吸收后漫反射至SI1144传感器的接收端。通过人体血红蛋白吸收绿光的特性，皮下组织血液脉动使血液密度发生改变，随着血流量的变化，光的反射量发生了变化。

3、Si1144传感器接收到皮下组织漫反射回来的光电信号后，接收的光电脉冲信号比发光LED的强度小100倍左右，信号比较微弱，经过滤波和信号放大处理后最终转化为数字信号，通过I2C接口与MCU连接，输出接收光强度的数字信号，然后经过MCU算法处理后计算出心率值。

互补色原理

互补色

2 心电图ECG

一是基于生物电势测量的方法如ECG（心电图），通过测量ECG的方法获得心率，这是最准确的方法。这需要两个或三个电极，一个放在手环/手表的上面（使用手指接触），其他的一个或两个放在下面（接触皮肤），使用时将一只手搭在另一只手的手环/手表电极上完成测量。

通过心脏的电传导如何产生ECG

Animation_of_ECG_Limb_Leads_and_Electrical_Conduction_Through_the_Heart

肢体导联

EKG_leads

临床导联组

临床导联组

EKG-Animation

Apple Watch 如何测量心率

Apple Watch 的光学心率传感器采用的是光体积描记法。这个技术名词念起来貌似复杂难懂，实际上原理很简单：血液之所以呈现红色，是因为它反射红光并吸收绿光。Apple Watch 使用绿色 LED 灯，配合对光敏感的光电二极管，检测任意时间点流经手腕的血液流量。手腕血流量和绿光吸收量会在心脏跳动时增加，在心跳间隔期间减少。通过 LED 灯每秒数百次的闪烁，Apple Watch 可以算出您每分钟的心跳次数，也就是您的心率。光学心率传感器的测量范围为每分钟心跳 30 至 210 次。此外，特别设计的光学心率传感器可以提高 LED 亮度和采样率，进而弥补信号弱的问题。

光学心率传感器还会利用红外线。当 Apple Watch 在后台测量心率以及为提供心率通知而测量心率时，它就会使用这种模式。Apple Watch 使用绿色 LED 灯测量您在体能训练期间和“呼吸”时段的心率，并计算步行平均心率和心率变异性 (HRV)。

watch-series4-measure-ecg-sensors

Apple Watch Series 4 或更新机型的数码表冠内和背面都有内建电极，这些电极可以在与“心率”应用或“心电图”应用搭配使用时测量通过您心脏的电信号。当您将手指放在数码表冠上时，它会在您的心脏和双臂之间形成一个闭合电路，从而捕捉到通过您胸部的电脉冲。

要使用电极式心率传感器测量您的心率，请打开“心率”应用，然后将您的手指放在数码表冠上。您获得读数的速度将更快，而且精度更高，因为是每 1 秒而不是每 5 秒获得一次测量值。在“健康”应用中查看记录的心率数据时，您会在“心率情境”中看到“心电图”。您还可以通过电极式心率传感器来使用“心电图”应用生成心电图。

3 心冲击图ballistocardiograph (BCG)

一种测量由心脏产生的ballistic forces 的方法。血液通过降主动脉的向下运动会产生向上的后坐力，每次心跳都会使身体向上运动。当主动脉的不同部分扩张和收缩时，身体继续以重复的方式上下移动。Ballistocardiography是一种产生图形表示的人体重复运动的技术，该运动是由于每次心跳使血液突然喷射到大血管中而引起的。这是一个在1–20 Hz的频率范围内的生命体征，这是由心脏的机械运动引起的，可以通过无创方法从身体表面记录下来。在艾萨克·斯塔尔（Isaac Starr）博士进行了广泛的研究工作之后，首次显示出可以通过观察和分析BCG信号来识别主要心脏功能障碍的影响。[5]最近的工作还验证了可以使用相机以非接触方式监视BCG 。

4 小米手环数据导出

小米账号分为国际版账号和国内账号，国内帐号才使用公交卡、NFC模拟服务如果登录的是非国内的帐号，“关于”里面会有行使用户权利一项，可以清空数据，注销帐号，撤回同意，导出数据。如果登录的是国内的帐号，登录 http://mifit.huami.com/t/account_mifit