光學(xué)心率傳感器技術(shù)在可穿戴設備中的新興醫療應用

　　“用于生物計量可穿戴設備的光學(xué)心率傳感器”系列文章由三個(gè)部分組成，這是第三篇。第一部分重點(diǎn)介紹了這些傳感器系統的工作原理，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(gè)生物識別可穿戴產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的十大經(jīng)驗教訓。

　　在日益數字化的世界中，光學(xué)心率傳感器在可穿戴設備中的應用越來(lái)越廣泛。這些設備中數不清的應用可提供從個(gè)人活動(dòng)、健身水平到健康狀況的所有內容。精準的生物識別傳感器數據可以提供準確的健身/健康評估，但設計師和工程師究竟能用這些評估做些什么呢?表1總結了目前在健身應用中使用的一些常見(jiàn)評估，這些評估也證明了健康醫療的意義。

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

　　如今，市場(chǎng)上的大多數可穿戴設備都是針對運動(dòng)和健身用例推出的，但可以開(kāi)始看到可穿戴設備正轉變?yōu)閭€(gè)人健康設備，為人們的健康提供有意義的指導。這是因為這些可穿戴設備中的光電容積描記(PPG)傳感器已經(jīng)達到了一定的精確度，足以滿(mǎn)足許多已被心電圖技術(shù)證實(shí)的健康和醫療用例。

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

　　VO? max

　　測量身體活動(dòng)和與之有關(guān)的身體反應是決定改善水平的關(guān)鍵因素。今天的一些可穿戴設備開(kāi)始使用VO2max(最大耗氧量)來(lái)測量心血管健康的慢性變化。最大攝氧量越高，有氧運動(dòng)中的表現越好。然而，具有測量最大攝氧量功能的可穿戴設備也可應用于健康和醫療用途。例如，證據表明，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(shí)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。在不運動(dòng)的時(shí)候，靜息心率的下降與健身的增多有關(guān)。一個(gè)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

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

　　心率反應

　　另一個(gè)有用的評估來(lái)自心率傳感器，大約在運動(dòng)一分鐘后，是心率對運動(dòng)的反應，這是一種生理反應。工作肌肉活動(dòng)增加導致交感神經(jīng)系統活動(dòng)增加。健康水平越低，心率對運動(dòng)的反應越強。通過(guò)定期訓練，身體會(huì )適應。雖然心率仍會(huì )隨著(zhù)運動(dòng)而增加，但身體必須更加努力地運動(dòng)才能達到同樣的速度。較高的心率反應，再加上變時(shí)功能不全，也有助于預測頸動(dòng)脈疾病。

　　心臟效率

　　有規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(dòng)需要的跳動(dòng)次數就越少。心臟效率是一個(gè)主要的心臟健康指標。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(dòng)或身體上的壓力，也可以通過(guò)HRV來(lái)評估心臟搏動(dòng)之間的時(shí)間變化。該測量可以表明心理社會(huì )或精神壓力，以及過(guò)度鍛煉。HRV監測壓力源對身體的影響，它與疲勞(精神和工作能力)和執行腦力和工作任務(wù)的準備程度有關(guān)。HRV還可以預測心律失常和房顫的發(fā)生率。職業(yè)運動(dòng)員使用HRV已經(jīng)有一段時(shí)間了，但現在只是剛剛開(kāi)始在消費性設備上流行。

　　最近發(fā)布了許多關(guān)于可穿戴設備檢測房顫、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)應用于當今大量的可穿戴設備中。