從Fitbit的集體訴訟談心率測量

　　最近看新聞時(shí)，發(fā)現fitbit的集體訴訟，大致是說(shuō)“當在高強度健身活動(dòng)中使用時(shí)，部分型號Fitbit設備讀數誤差相當大。在超高強度運動(dòng)狀態(tài)下，Fitbit心率讀數誤差甚至達到了75bpm(次/分鐘)?！倍?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/Fitbit">Fitbit卻說(shuō)，事實(shí)并不是這個(gè)樣子的。而《消費者報告》的文章也表示“Fitbit Charge HR和Fitbit Surge都輕松通過(guò)了我們的測試，在包括從休閑散步到快速跑步在內的各種強度運動(dòng)中，準確地測量了用戶(hù)心率?！?，并以實(shí)驗的方式直接驗證。

　　作為一名技術(shù)工程師的筆者，當然主要不關(guān)心這樣的集體訴訟是誰(shuí)最后勝訴，而主要關(guān)心其心率測量的技術(shù)方法。下面就隨筆者一起探討一下心率測量的技術(shù)及實(shí)現方式，不過(guò)，我們要首先了解一下什么是脈搏?

　　什么是脈搏

　　脈搏(英文pulse)是由心臟的收縮使血液通過(guò)動(dòng)脈所產(chǎn)生的節律性搏動(dòng)。臨床上有許多疾病，特別是心臟病可使脈搏發(fā)生變化。中醫更將切脈作為診治疾病的主要方法。病情危重，特別是臨終前脈搏的次數和脈率都會(huì )發(fā)生明顯的變化。因此，脈搏的變化也是醫生對病人診斷的其中一項依據。

　　如何測量脈搏

　　上面講了脈搏的意義及形成，那么我們就可以利用其物理特性完成測量。具體的方法主要有：壓力法，心電法，光電法。我們一一說(shuō)來(lái)：

　　壓力法，此測量方法往往和測血壓連用，其缺點(diǎn)是體積大且需氣泵，大家醫院看病或住院時(shí)都看到過(guò)，原理主要靠人的感覺(jué)能力，與電子測量關(guān)系不大，此處不過(guò)多研究了。

　　心電法，其實(shí)就是測量心電圖的方法，精確且能獲得多種心跳參數，但因使用方法和電極安放均非常專(zhuān)業(yè)，此為脈搏測量數量即為標準值喲~~當然，技術(shù)難度與復雜度較高，已經(jīng)超過(guò)筆者的掌握程度了，故放棄。

　　還剩下光電法，想必大家也猜到了，本場(chǎng)的主角粉墨登場(chǎng)了。筆者在論壇里開(kāi)了一個(gè)主題帖子就是制作一個(gè)脈搏測量?jì)x，筆者采用的原理是由于動(dòng)脈血以“脈沖”方式流動(dòng)，導致皮下紅外反射率的些微差別，利用這個(gè)差別來(lái)計算脈搏的數量。筆者的水平有限，精力有限，經(jīng)費有限，可見(jiàn)，紅外線(xiàn)測量脈搏的方法相對經(jīng)濟，簡(jiǎn)易，性?xún)r(jià)比高，但是價(jià)格高昂的Fitbit手環(huán)采用的是什么方法呢?先讓我們看一下圖片：

　　從上面的圖片我們可以清楚的看到Fitbit 使用了光電容積脈搏波PPGphotoplethysmography (PPG)，光電法是通過(guò)測量光吸收量，通過(guò)光學(xué)吸收規律來(lái)計算當前脈搏數量。Fitbit使用了波長(cháng)為530納米的綠光作為光源，據科技研究，綠光的測量精度是更接近心電法。

　　手環(huán)肯定是要固定在手腕處，手腕也會(huì )隨我們走動(dòng)而出現上上下下地擺動(dòng)，由于手腕的位置較心臟遠，這也就會(huì )造成血壓的舒張壓很難判定，比如正在血壓加大，而此時(shí)手臂正好上擺，又造成血壓下降……當然，這些都是手環(huán)的算法要解決的事情，筆者在這里也只是表示崇拜一下而已。

　　通過(guò)查閱文獻，算法的實(shí)現還是較復雜而且需要一定的數據做支撐，例如以下幾步：

　　1、光電容積脈搏波信號特征分析;

　　2、光電容積脈搏波信號的提取;

　　3、光電容積脈搏波信號的特征檢出;

　　4、為了適應個(gè)體差異大，波形差異大的特點(diǎn)，脈搏波檢出中首先進(jìn)行自學(xué)習;

　　不得不說(shuō)，光電容積脈搏波測量法目前仍然在路上，還是存在一些改進(jìn)的地方。正是存在這些技術(shù)缺陷成就了我們這樣的工程師的動(dòng)力——我們還有很多要去努力做的東西。當然，我們也要從技術(shù)的角度去清醒地認識此次fitbit的集體訴訟，技術(shù)尚未完美，數據僅做參考，笑一笑，十年少^_^