技术文章：利用光电容积脉搏波技术文章：利用光电容积脉搏波(PPG)信号提供按需心率估算信号提供按需心率估算
想象未来几十年后的世界，您的孙子们可能不知道医院这个词，所有健康信息都是通过传感器远程记录和监
测。想象您的家里配备了不同的传感器来测量空气质量、温度、噪声、光照和气压，并且根据您的个人健康信
息，系统调整相关环境参数以优化您的家居环境。在实现美好未来的道路上，ADI公司处于一个独特的有利位
置，通过提供相互补充的传感器、软件和算法来增加其在数字健康市场的份额。 心率(HR)监测是许多现有
可穿戴产品和临床设备的关键特性。这些设备一般测量光电容积脉搏波(PPG)信号，为获得该信号，须利用LED
照射人体皮肤，然后用光电二极管测量血流引起的反射光强度变化。PPG信号形态与动脉血压(ABP)波形相似，
这使
想象未来几十年后的世界，您的孙子们可能不知道医院这个词，所有健康信息都是通过传感器远程记录和监测。想象您的
家里配备了不同的传感器来测量空气质量、温度、噪声、光照和气压，并且根据您的个人健康信息，系统调整相关环境参数以
优化您的家居环境。在实现美好未来的道路上，ADI公司处于一个独特的有利位置，通过提供相互补充的传感器、软件和算法
来增加其在数字健康市场的份额。
心率(HR)监测是许多现有可穿戴产品和临床设备的关键特性。这些设备一般测量光电容积脉搏波(PPG)信号，为获得该信
号，须利用LED照射人体皮肤，然后用光电二极管测量血流引起的反射光强度变化。PPG信号形态与动脉血压(ABP)波形相
似，这使得该信号成为受科学界欢迎的非侵入性心率监测工具。PPG信号的周期性与心脏节律相对应。因此，可以根据PPG
信号估算心率。然而，受血液灌流不良、环境光线以及重要的运动伪像(MA) 1的影响，心率估算性能会降低。业界已提出许多
信号处理技术来消除MA噪声，包括ADI公司的运动抑制和频率跟踪算法，通过使用一个靠近PPG传感器放置的三轴加速度传
感器来实现。当没有运动时，能有一个按需算法来向跟踪算法提供快速且更的心率估算。本文改造了多信号分类(MUSIC)频率
估计算法，以利用ADI医疗健康手表平台，根据手腕上的PPG信号实现高精度按需心率估算，图1所示为其框图。该图的细节
将在后面的内容中说明。
ADI医疗健康手表提供的PPG信号概述
当LED发光时，血液和组织会吸收不同数量的光子，导致光电检测器检测到不同的结果。光电检测器测量血液脉动的变化
并输出一个电流，该电流随后经放大和滤波以供进一步分析。
图1.利用腕上PPG信号的基于MUSIC的按需心率估计算法。
图2a显示了一个由交流(ac)和直流(dc)分量组成的一般PPG信号。PPG波形的直流分量检测组织、骨骼和肌肉反射的光信
号，以及动脉和静脉血液的平均血容量。交流分量则表示心动周期的收缩期和舒张期之间发生的血容量变化，交流分量的基频
取决于心率。图2b是来自ADPD107手表的PPG信号，这在之前的《模拟对话》文章中已介绍过。ADI多感知手表的目标是测
量人体手腕上的多项生命体征。ADI手表有PPG、心电图(ECG)、皮肤电活动(EDA)、加速度(ACC)和温度传感器。本文仅关
注PPG和ACC传感器。
现在我们仔细看看PPG和ABP波形的相似之处。ABP波形是由于左心室射出血液造成的。主压力沿全身血管网流动并到
达多个部位，动脉阻力和顺应性的显着变化引起反射。个部位是胸主动脉和腹主动脉之间的接合处，其引起次反射，通常称为
收缩晚期波。第二个反射部位是腹主动脉和髂总动脉之间的接合处。主波被再次反射回来，产生一个很小的下降，称为重搏切
迹，这可以在次和第二次反射之间观察到。还有其他较小的反射，这些反射在PPG信号中被平滑掉2。本文的重点是心率估
计，其仅取决于PPG信号的周期性，此算法不考虑PPG的确切形态。
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