傳感器能否提供可靠的數據取決于目標信息、部署的算法以及給定用例的具體細節。光學生物傳感已成為智能手表和健身可穿戴設備的主流功能。本文將概述光學生物傳感器收集的光電容積脈搏波 (PPG) 數據之間的相互作用。PPG 測量通過組織的反射(反向散射)或透射光，以研究每次心跳發生的血容量變化。研究人員和醫生通過使用不同的算法處理 PPG 數據，得出了包括心率、呼吸頻率、氧飽和度、血管粘度、靜脈回流、冷敏感性、血壓和心輸出量在內的信息。捕獲的 PPG 數據能否可靠地提供所有這些見解取決于許多因素。

PPG傳感器一、控制范圍

光學配置，包括光的波長、LED 的效率和視野、PD 的響應性以及光路的設計。這些因素中的每一個都有助于傳感系統的點擊率。對象的膚色、皮膚溫度、血液灌注和傳感器在身體上的位置都會影響 PI。對于大多數用例，受試者的皮膚特征超出了設計師的控制范圍。盡管醫療實踐通常從手指和耳垂獲取 PPG 數據，但這些位置可能不便于動態和長期監測。因此，許多設計期望并接受較低的 PI 值。

PPG傳感器二、光學元件

光學元件和系統設計最終控制了 PPG 系統中的噪聲。在大多數可穿戴應用中，N TX和 N RX可以通過選擇具有更好固有信噪比性能的模擬前端來最小化。這一點尤其重要，因為 CTR 通常是一個很小的數字，特別是當小型化或其他工業設計考慮可能會限制光學設計時。因此，等式分母中的噪聲項開始占主導地位。通過增加 LED 功耗來提高 SNR。當所有其他方法都失敗時，該等式向設計人員保證，他們仍然可以通過提高 I LED獲得可靠的 PPG 數據，這當然會大大增加系統功耗。此外，過度的功耗可能會導致系統中的其他復雜性損害數據的可靠性。

PPG傳感器三、數據可靠性

雖然較差的 SNR 通常代表缺乏數據可靠性，但其他因素(例如運動偽影)可能會在不同程度上影響不同 PPG 數據衍生信息的可靠性。為了解釋這一點，我們將看一些可以嵌入 PPG 數據中的信息示例。正如下面的討論所示，在頻域中檢查 PPG 數據很有用。

PPG傳感器四、心率或脈搏率

PPG 最普遍的應用是監測心率，這也是最可靠的數據(圖 1 表示按年齡劃分的平均目標心率)。人的心率低于3Hz。它主要是音調意味著它是一個窄帶信號，因此，通過應用于大多數 PPG 數據的算法從大多數背景噪聲中恢復相對簡單。在預期有運動的用例中，可以使用更高的帶寬來允許算法使用真正的 PPG 波形的特征將真正的 PPG 信號與帶內運動偽影區分開來。

PPG傳感器五、波形

由于 PPG 測量成本低且無創，因此許多研究人員專注于使用在臨床環境下獲取的 PPG 數據來診斷周圍血管疾病，例如動脈粥樣硬化，其中脂肪沉積會減小動脈的直徑。處理 PPG 數據的常用方法是使用其二階導數，得到的波形通常稱為 APG(參見圖 2)。在許多研究過程中，研究人員對 APG 波形的形狀進行了分類，以幫助診斷受試者的健康狀況和患冠心病的風險。這些研究中的技術包括頻率信息，通常從 0.05Hz 到 20Hz，明顯高于基本心率。而且由于高頻分量要弱得多，因此這些 PPG 測量需要更高的 SNR，而對信號調節的低通濾波器的依賴更少。例如，對 APG 特征的簡單分析包括：

PPG傳感器六、組織接觸

使用 PPG 測量的 PRV 類似于心率變異性 (HRV)，用于通過分析心臟活動產生的心跳間隔來測量自主神經系統。由于心跳間隔變化緩慢，可穿戴 PPG 數據的可靠性挑戰在于長時間保持良好的傳感器與組織接觸。此外，用于獲取 PPG 數據的采樣率必須足夠高以避免時域量化，這會影響分析的 PRV 變量的準確性。

PPG傳感器七、血氧飽和度

脈搏血氧飽和度或 SpO 2比上面列出的 PPG 測量更復雜，因為它涉及兩種不同波長的光。研究人員提出了許多不同的方法來消除噪聲和運動偽影的影響，但問題在可穿戴應用中仍然存在。這是由于運動偽影的復雜性。運動會導致組織與傳感器的耦合發生變化。這是一個基本假設，即這兩個波長共享基本相同的光路。當對象的移動導致每個光源行進的路徑之間存在瞬時差異時，數據變得不可靠。此外，運動還可以影響靜脈血和其他非脈動成分沿光路的運動，從而改變所觀察組織的特性。在這里，數據可靠性需要一種算法來了解 PPG 數據是干凈的還是被運動破壞的。因此，對可靠數據的帶寬需求更多地與支持這種分類以及除了 PPG 之外還有哪些其他傳感器信息可用，而不是與心率或破壞性運動有關。

　　以上就是關于PPG傳感器反向散射解析的分享，相信大家在看了以上的總結之后，也已經對這方面的知識有了一定的了解，想要了解更多關于PPG傳感器以及脈搏傳感器的知識資訊，可以前往官網的客服進行咨詢。