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[PPG传感器]PPG传感器都有哪些用途

日期:2022-04-29

光电容积描记术 (PPG) 是一种简单且廉价的光学测量方法,通常用于心率监测目的。PPG 是一种非侵入性技术,它使用光源和皮肤表面的光电探测器来测量血液循环的体积变化。最近,全球众多研究人员对从 PPG 信号中提取更多有价值的信息以及心率估计和脉搏血氧饱和度读数产生了浓厚的兴趣。PPG 信号的二阶导数波包含重要的健康相关信息。


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PPG传感器一、监控设备

典型的 PPG 设备包含一个光源和一个光电探测器。光源向组织发射光,光电探测器测量来自组织的反射光。反射光与血容量变化成比例。23与心电图类似,PPG 波也有助于诊断心律失常(心律不齐),因为它们能够可靠地显示心脏和呼吸活动。最常见的 PPG 传感器使用红外发光二极管 (IR-LED) 或绿色 LED 作为主要光源。IR-LED 最常用于测量更深地集中在身体某些部位(如肌肉)的血液流量,而绿光通常用于计算氧合血红蛋白(含氧血)和脱氧血红蛋白(血液没有氧气存在)。


PPG传感器二、特定位置

传统的基于 ECG 的系统需要至少三个放置在不同身体位置(如右臂、左臂和右腿)的生物电极才能有效运行。这一要求极大地限制了患者的活动灵活性。此外,如果将 PPG 传感器放置在易于访问的特定解剖位置(例如耳垂和指尖),可以更有效地运行所需的 PPG 信号,从而以更高的质量收集所需的 PPG 信号。因此,必须找到能够保证传感器数据最佳质量的特定测量站点。PPG 传感器以两种不同的不同形式设计:透射模式和反射模式。


PPG传感器三、腕带式 PPG 设备

与现有的各种基于 PPG 的心率监测设备相比,腕带式 PPG 被认为是最受欢迎和首选的设备。其受欢迎的部分原因在于其显着的特性,例如价格低廉、高度便携以及用户佩戴非常方便。但是,这些设备也有其自身的局限性。迄今为止,在各种研究中已经提出了一些解决腕式 PPG 设备在临床设置中的缺点的建议。例如,在 Lee 等人,32提出了一种新型手表 PPG 探针,该探针位于患者手腕的尺动脉和桡动脉上,而不是作为常见测量部位的毛细血管。所提出的设备通过使用传感器阵列、IR-LED 和光电晶体管提高了 PPG 信号的灵敏度和准确性。


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PPG传感器四、额头型 PPG 设备

人的前额也可以用作使用 PPG 设备进行心率监测的替代部位。通常,来自人的额头的光信号的反射率相对较强。这是因为人类头骨被相对较薄的皮肤覆盖,同时前额区域的血管密度更高。将反射模式 PPG 传感器放置在某人的前额上已显示出对低灌注环境中脉动信号变化的改进反应。18先前的研究如18表明,在人体前额放置 PPG 传感器可以减轻运动伪影对 PPG 信号质量的破坏性影响,特别是在轻度身体活动期间。Mendelson 等人,35使用了六个安装在士兵头盔上的光电探测器。他们发现,在传感器和组织之间使用最小的压力可以从人的前额产生更少的噪音信号。35



PPG传感器五、耳式 PPG 设备

耳垂是基于 PPG 的设备最常用的测量部位之一。这是因为耳垂不是由软骨组成的科学事实,因此它们含有大量的血液供应。此外,与其他四肢相比,耳垂更不容易受到运动伪影的影响。过去使用磁性耳夹和耳机来获取 PPG 信号。Poh 等人36提出将磁性耳环传感器放置在耳垂上。除了耳环,耳式PPG传感器也可以设计并集成到耳机和耳塞中,为用户提供更多的舒适感。18将 PPG 传感器放入耳朵后,传感器耳塞可以紧靠耳屏放置,以便能够感应从皮下血管反射的光。18或者,可以将 PPG 传感器放置在耳道中。Budidha 等人37证明,通过在耳道中放置 PPG 传感器,可以收集到更准确的信号。



PPG传感器六、光电容积脉搏

光电容积脉搏波传感器被设计成不同的类型,但它们都可以测量血容量的变化并提供相似的结果,尽管设计存在这些差异。38非典型 PPG 传感器通过一个或多个 LED 在组织部位发光。光电二极管测量从组织反射的非吸收光的强度。39大多数科学试验中使用的 LED 颜色是红色和绿色;然而,在一些研究中也使用了黄色 LED。40波长较长的光能更深入地渗透到组织中。41例如,与绿光相比,红外光在皮肤中的穿透深度更有效。


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