在上周剛剛結(jié)束的深圳馬拉松比賽中，一位熱衷于馬拉松選手的猝死引起大家廣泛的關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年全球的馬拉松賽中猝死發(fā)生概率約為五萬分之一。既然這種猝死無法避免，那么我們是否應(yīng)該進(jìn)行時(shí)時(shí)心率監(jiān)測，盡量避免這種悲劇的發(fā)生呢？今天小編就給大家介紹幾種心率監(jiān)測的方案，讓大家提早做好預(yù)防。
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心率是衡量運(yùn)動(dòng)效果，控制運(yùn)動(dòng)量的最有效標(biāo)準(zhǔn)。在心率監(jiān)測領(lǐng)域，最準(zhǔn)確的應(yīng)該是心率帶，但在現(xiàn)在這個(gè)“顏值”社會(huì)中，又便宜又準(zhǔn)確的心率帶已out，取而代之的是各類手環(huán)和手表。
手環(huán)/腕帶相對(duì)來說更小巧容易佩戴且價(jià)格適中，而運(yùn)動(dòng)手表往往集成GPS、心率傳感器、訓(xùn)練模式等豐富的功能，當(dāng)然價(jià)格也是所有心率設(shè)備中最為昂貴的。
拋開心率監(jiān)測的外形不談，這類電子產(chǎn)品因?yàn)楦t(yī)學(xué)相關(guān)，本文是以普及性的非醫(yī)學(xué)專業(yè)人士的語言來解釋測試的原理與方法。
四種成熟的心率監(jiān)測方法
從事可穿戴醫(yī)療器械研究和開發(fā)的電子工程師與分享了目前成熟的心率無創(chuàng)測量手段：血氧法，光電容積法，心電信號(hào)法，和動(dòng)脈壓力法。
(1) 血氧法。
如果大家讀書時(shí)候做過臺(tái)階測試(一種心肺功能的體鍛測試)的話，那么一定對(duì)這種心率測試方法不陌生。那種夾在食指尖的心率測試儀就是采用這種方案。
一般來講，完整的血氧飽和度儀往往有2種發(fā)光二極管，一種波長660nm，是可見光的紅光，一種波長900多nm，是紅外線。血管中攜氧的血紅蛋白和不攜帶氧的血紅蛋白，對(duì)兩種光的吸收率是不同的。如下圖。
同時(shí)，血管中的氧含量，是有消耗——心臟泵血增加——再消耗這樣的周期過程的。這個(gè)周期剛好與心率是一致的。
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血氧法的優(yōu)勢(shì)是提供心率和血氧飽和度兩種信號(hào)。劣勢(shì)是由于需要在另一端接受透射光信號(hào)，那么這部分人體組織就必須足夠薄才行，全身上下合適的位置就只有指尖和耳垂。手腕太厚了，可見光根本無法穿透，使用范圍比較受限制。
所以很多運(yùn)動(dòng)腕表都沒有采用這個(gè)方案。
(2)光電體積法。
這種方案是追蹤可見光(綠光)在人體組織中的反射。通常是有兩個(gè)綠色LED向手腕發(fā)出可見光，然后中間有個(gè)光電傳感器感應(yīng)反射光。如下：
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人體的皮膚，骨骼，肉，脂肪等對(duì)光的反射是固定值，而毛細(xì)血管和動(dòng)脈靜脈由于隨著脈搏容積不停變大變小，所以對(duì)光的反射是波動(dòng)值。這個(gè)波動(dòng)的頻率就是脈搏，一般也跟心率是一致的。
這種方法只能得到心率信號(hào)，但是相對(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)帶來的噪聲抵抗力比較強(qiáng)，很適合目前的運(yùn)動(dòng)腕表。
至于精度，除了apple watch以外，其他幾家都是用的同一款飛利浦的專利傳感器。。。。。。
唯一能做的花頭無非就是加速度儀去補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)噪聲的算法不同，從經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，應(yīng)該都大同小異。
至于用綠光的原因——不是因?yàn)檠菏羌t的，所以用綠光，真正原因是綠光對(duì)外界溫度變化造成的信號(hào)漂移是最小的。
(3)心電信號(hào)法。
竇房結(jié)有節(jié)律地控制心臟收縮舒張從而向軀干泵血。這個(gè)控制信號(hào)是一個(gè)電信號(hào)(人體神經(jīng)信號(hào)在神經(jīng)上都表現(xiàn)為電信號(hào))，會(huì)逐漸擴(kuò)散到體表，可以在皮膚通過電極測量。大家去醫(yī)院一般用的心電儀就是采用這個(gè)原理。這個(gè)節(jié)奏就是心率，除此之外，心電信號(hào)還可以為醫(yī)生診斷提供很多參考信息。
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目前市面上最精確的可穿戴心率測量儀器，心率帶，也是采用這個(gè)方法。
但是由于心電信號(hào)的波長非常長，為了測得足夠精度的信號(hào)，信號(hào)電極和參考電極就必須在軀干空間上隔得足夠遠(yuǎn)。一般是胸上比較遠(yuǎn)得兩點(diǎn)，或者左手和右手，或者手和腳等。腕表就比較難采用這個(gè)方案，除非有人愿意同時(shí)帶兩個(gè)表。
(4) 動(dòng)脈血壓法。
這其實(shí)是最古老的方法，中醫(yī)的診脈。
在手腕或者頸部兩側(cè)，都可以經(jīng)皮膚摸到動(dòng)脈的壓力有規(guī)律地漲落。通過壓力傳感器可以將這個(gè)信號(hào)變成心率。
這個(gè)方案也是目前商用最不成熟的，原因一是壓力傳感器需要長期對(duì)穿戴者的動(dòng)脈半壓迫，有不適感；二是壓力傳感器難以以合適的方式固定在皮膚表面：固定地太緊會(huì)導(dǎo)致血流不暢，固定地太松又無法實(shí)現(xiàn)測量。這個(gè)問題在運(yùn)動(dòng)腕表設(shè)計(jì)中表現(xiàn)得格外明顯。
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