心率是衡量運動效果，控制運動量的最有效標準。在心率監(jiān)測領(lǐng)域，最準確的應(yīng)該是心率帶，但在現(xiàn)在這個“顏值”社會中，又便宜又準確的心率帶已out，取而代之的是各類手環(huán)和手表。

手環(huán)/腕帶相對來說更小巧容易佩戴且價格適中，而運動手表往往集成GPS、心率傳感器、訓練模式等豐富的功能，當然價格也是所有心率設(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)品因為跟醫(yī)學相關(guān)，本文是以普及性的非醫(yī)學專業(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PhD王法，與大家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，心電信號法，和動脈壓力法。

(1) 血氧法。

如果大家讀書時候做過臺階測試(一種心肺功能的體鍛測試)的話，那么一定對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，對兩種光的吸收率是不同的。如下圖。

同時，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。這個周期剛好與心率是一致的。

血氧法的優(yōu)勢是提供心率和血氧飽和度兩種信號。劣勢是由于需要在另一端接受透射光信號，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。

所以很多運動腕表都沒有采用這個方案。

(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。通常是有兩個綠色LED向手腕發(fā)出可見光，然后中間有個光電傳感器感應(yīng)反射光。如下：

人體的皮膚，骨骼，肉，脂肪等對光的反射是固定值，而毛細血管和動脈靜脈由于隨著脈搏容積不停變大變小，所以對光的反射是波動值。這個波動的頻率就是脈搏，一般也跟心率是一致的。

這種方法只能得到心率信號，但是相對對運動帶來的噪聲抵抗力比較強，很適合目前的運動腕表。

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償運動噪聲的算法不同，從我經(jīng)驗出發(fā)，應(yīng)該都大同小異。

至于用綠光的原因——不是因為血液是紅的，所以用綠光，真正原因是綠光對外界溫度變化造成的信號漂移是最小的。

(3)心電信號法。

竇房結(jié)有節(jié)律地控制心臟收縮舒張從而向軀干泵血。這個控制信號是一個電信號(人體神經(jīng)信號在神經(jīng)上都表現(xiàn)為電信號)，會逐漸擴散到體表，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原理。這個節(jié)奏就是心率，除此之外，心電信號還可以為醫(yī)生診斷提供很多參考信息。

目前市面上最精確的可穿戴心率測量儀器，心率帶，也是采用這個方法。

但是由于心電信號的波長非常長，為了測得足夠精度的信號，信號電極和參考電極就必須在軀干空間上隔得足夠遠。一般是胸上比較遠得兩點，或者左手和右手，或者手和腳等。腕表就比較難采用這個方案，除非有人愿意同時帶兩個表。

(4) 動脈血壓法。

這其實是最古老的方法，中醫(yī)的診脈。

在手腕或者頸部兩側(cè)，都可以經(jīng)皮膚摸到動脈的壓力有規(guī)律地漲落。通過壓力傳感器可以將這個信號變成心率。

這個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穿戴者的動脈半壓迫，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：固定地太緊會導(dǎo)致血流不暢，固定地太松又無法實現(xiàn)測量。這個問題在運動腕表設(shè)計中表現(xiàn)得格外明顯。

所以該方法一般只在醫(yī)院中對手術(shù)中手術(shù)后的靜息病人使用。

一句話描述心率監(jiān)測的四種方法

如果這么多字看的累，那么網(wǎng)友MikeWay用更精煉的語言描述了目前心率監(jiān)測的主要手段：聲，光，電，壓四種——后三者與王法描述的相同。

1.聲。 通常是利用超聲多普勒原理來檢查心臟的搏動，常見的胎心儀就是這一原理。

2.光。 利用光透射或反射血管內(nèi)流動的血液(脈搏)來檢測脈率，通常情況下是等于心率的。目前絕大部分手環(huán)都是這一原理來檢測心率。

3.電。 就是大家通常說的ECG信號，它是有人體心臟搏動而產(chǎn)生的毫伏級電信號，大家看到體檢的心電圖，心率帶等至少需要兩個以上電極的設(shè)備都屬于這種檢測原理。

4.壓。 通常使用一個壓力傳感器來檢測脈博搏動的微弱壓力信號來檢測脈率，有極少手環(huán)使用，主要在血壓檢測中計算血壓和脈率。