作者：德州儀器Ryan Kraudel

“用于生物計量可穿戴設(shè)備的光學(xué)心率傳感器”系列文章由三個部分組成，這是第三篇。第一部分重點介紹了這些傳感器系統(tǒng)的工作原理，以及如何使用它們進(jìn)行測量。第二部分分享了完成50多個生物識別可穿戴產(chǎn)品開發(fā)周期的十大經(jīng)驗教訓(xùn)。

在日益數(shù)字化的世界中，光學(xué)心率傳感器在可穿戴設(shè)備中的應(yīng)用越來越廣泛。這些設(shè)備中數(shù)不清的應(yīng)用可提供從個人活動、健身水平到健康狀況的所有內(nèi)容。精準(zhǔn)的生物識別傳感器數(shù)據(jù)可以提供準(zhǔn)確的健身/健康評估，但設(shè)計師和工程師究竟能用這些評估做些什么呢？表1總結(jié)了目前在健身應(yīng)用中使用的一些常見評估，這些評估也證明了健康醫(yī)療的意義。

表1：與健康和醫(yī)療相關(guān)的關(guān)鍵健康評估(信息由美國國立衛(wèi)生研究院提供)

如今，市場上的大多數(shù)可穿戴設(shè)備都是針對運(yùn)動和健身用例推出的，但可以開始看到可穿戴設(shè)備正轉(zhuǎn)變?yōu)閭€人健康設(shè)備，為人們的健康提供有意義的指導(dǎo)。這是因為這些可穿戴設(shè)備中的光電容積描記（PPG）傳感器已經(jīng)達(dá)到了一定的精確度，足以滿足許多已被心電圖技術(shù)證實的健康和醫(yī)療用例。

以下是一些如何使用這些評估以及如何在未來將其應(yīng)用于健康和醫(yī)療可穿戴設(shè)備的示例。

VO? max

測量身體活動和與之有關(guān)的身體反應(yīng)是決定改善水平的關(guān)鍵因素。今天的一些可穿戴設(shè)備開始使用VO₂max（最大耗氧量）來測量心血管健康的慢性變化。最大攝氧量越高，有氧運(yùn)動中的表現(xiàn)越好。然而，具有測量最大攝氧量功能的可穿戴設(shè)備也可應(yīng)用于健康和醫(yī)療用途。例如，證據(jù)表明，較高的最大攝氧量也與死亡風(fēng)險降低和心臟病恢復(fù)能力提高有關(guān)。

靜止心率

“休息”一詞可能不是人們在考慮健身時首先想到的詞，但心率的靜息測量可以很好地反映健康水平。在不運(yùn)動的時候，靜息心率的下降與健身的增多有關(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)

同樣地，測量心率恢復(fù)——心臟在運(yùn)動后恢復(fù)到正常水平的能力——也可以預(yù)測健康水平和心臟功能。健康的心臟會比不健康的心臟恢復(fù)得快。心率恢復(fù)率越高表明耐力越好，心血管健康狀況越好。為了評估心率恢復(fù)情況，您可以觀察運(yùn)動過程中的心率和停止運(yùn)動后一到兩分鐘的心率之間的差異。

心率反應(yīng)

另一個有用的評估來自心率傳感器，大約在運(yùn)動一分鐘后，是心率對運(yùn)動的反應(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。健康水平越低，心率對運(yùn)動的反應(yīng)越強(qiáng)。通過定期訓(xùn)練，身體會適應(yīng)。雖然心率仍會隨著運(yùn)動而增加，但身體必須更加努力地運(yùn)動才能達(dá)到同樣的速度。較高的心率反應(yīng)，再加上變時功能不全，也有助于預(yù)測頸動脈疾病。

心臟效率

有規(guī)律的鍛煉也能提高心臟效率，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，對于身體活動需要的跳動次數(shù)就越少。心臟效率是一個主要的心臟健康指標(biāo)。心率下降與許多心血管疾病相關(guān)，包括高血壓。

心率變異性（HRV）

身體活動或身體上的壓力，也可以通過HRV來評估心臟搏動之間的時間變化。該測量可以表明心理社會或精神壓力，以及過度鍛煉。HRV監(jiān)測壓力源對身體的影響，它與疲勞(精神和工作能力)和執(zhí)行腦力和工作任務(wù)的準(zhǔn)備程度有關(guān)。HRV還可以預(yù)測心律失常和房顫的發(fā)生率。職業(yè)運(yùn)動員使用HRV已經(jīng)有一段時間了，但現(xiàn)在只是剛剛開始在消費性設(shè)備上流行。

最近發(fā)布了許多關(guān)于可穿戴設(shè)備檢測房顫、心律失常、核心體溫等新功能的公告。這些功能由同樣的光學(xué)心率傳感器提供，其使用的PPG已經(jīng)應(yīng)用于當(dāng)今大量的可穿戴設(shè)備中。

其他資源：

• 查看TI光電二極管傳感器產(chǎn)品組合。
• 查找TI可穿戴設(shè)備資源和參考設(shè)計。

審核編輯：符乾江