HRM+OX sensor心率测量和血氧测量传感器原理ppt课件
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脉搏血氧仪测量的对象更准确的叫法是血氧饱和度测量，SpO2. 血氧饱和度用百分比表示，概念如下图所示。
HRM+OX sensor心率测量和血氧测量传感 器原理
9
血氧饱和度测量
通过对脉搏血氧测量原理的研究，人们已经发现只要测量出两种特定波长 的透射光在一个完整的脉搏波中光强度的变化量就可以计算出血氧饱和度。
Apple Watch同时有绿光模式和红外光模式两种测试模式，綠光模式實時測量，紅外光 模式大概10分鐘測測一次， LED光每秒闪动数百次，计算出每分钟的平均心跳次数。
HRM+OX sensor心率测量和血氧测量传感 器原理
6
光电容积脉搏波描记法（PPG） 波形與心電圖波形比較。
PPG
动脉 血压
心电图
这两种光的波长是660nm和940nm。通过对人体生理波形的分析可以知道， 人体的脉搏次数在30~250次/分钟，对应的频率是0.5~4.1HZ。 传感器采用发光二极管LED作为光源,以光电二极管作为光检测器件。采用 脉冲驱动，好处是两路光源可以交替发亮，检测电路可以采用对两路光响 应电平一致的光敏元件接收。
HRM+OX sensor心率测量和血氧测量传感 器原理
2
心率測量的方法二
光电透射测量法（腕式/手錶等）
紅外光光电测量法是利用血管内血液血红蛋白的吸光度的变化来测量脉搏。 手表装有红外发射光束回路和接收反射回路。这种方法测量心率优点是非常简便无需 胸带，但是由于信号极为微弱而非常容易受到外界干扰而造成测量数据不准确 而且一 般需要安静的状态下测量，不适合运动中持续测量心率。
3
血液與心臟跳動的關係
每个心率周期（cardiac cycle） 里，心脏跳动着将血液输送 到心脏外围。虽然压力脉冲 （pressure pulse）在触及皮 肤的瞬间速度有所减缓，但 足以使皮下组织的动脉和小 动脉扩张。
HRM+OX sensor心率测量和血氧测量传感 器原理
4
水对光的吸收状况
如心率低于40次/分，应考虑有房室传导阻滞。
心率过快超过160次/分，或低于40次/分，大多见于心脏病病人，病人常有心
悸、胸闷、心前区不适，应HRM及+O早X se进nso行r心详率测细量检和血查氧，测量以传便感 针对病因进行wenku.baidu.com疗。
器原理
1
心率測量的方法一
心动电流测量法（心率胸带）
人体每次心跳都会产生心动电流，无线心率胸带就是这样一种可以感应心动电流的仪 器。感应器的极片位于胸带前方两侧，使用者带上胸带后，胸带内的极片采集锻炼者 的心动电流波动幅度，再通过无线传输技术发送给心率表转化为便于观察的心跳BPM 数值。其原理和心电图测量原理一致。 这种测量心率方法的另外一个优点是可以在运 动中持续测量心率。缺點就是佩戴不方便。
绿光光电测量法是由两个绿色波长的发光LED 和一个光敏传感器组成，位于心率表的 背部。 其原理是基于手臂血管中的血液在脉动的时候会发生密度改变而引起透光率的 变化。发光LED 发出绿色波长的光波，光敏传感器可以接受手臂皮肤的反射光并感测 光场强度的变化并换算成心率。
HRM+OX sensor心率测量和血氧测量传感 器原理
成人每分钟心率超过100次（一般不超过160次/分）或婴幼儿超过150次/ 分者，称为窦性心动过速。常见于正常人运动、兴奋、激动、吸烟、饮酒 和喝浓茶后。也可见于发热、休克、贫血、甲亢、心力衰竭及应用阿托品、 肾上腺素、麻黄素等。
如果心率在 160～220次/分，常称为阵发性心动过速。
心率低于60次/分者（一般在40次/分以上），称为窦性心动过缓。可见于长期 从事重体力劳动和运动员；病理性的见于甲状腺机能低下、颅内压增高、阻塞 性黄疸、以及洋地黄、奎尼丁或心得安类药物过量或中毒。
血液在波长660nm附近和900nm附近反射之比(ρ660/900)最敏感地反映出血 氧饱和度的变化，临床一般血氧饱和度仪(如泰嘉电子Taijia饱和度仪、脉 搏血氧仪)也采用该比值作为变量。在光传导的途径上，除动脉血血红蛋 白吸收光外，其他组织（如皮肤、软组织、静脉血和毛细血管血液）也可 吸收光。但入射光经过手指或耳垂时，光可被搏动性血液和其他组织同时 吸收，但两者吸收的光强度是不同的，搏动性动脉血吸收的光强度（AC） 随着动脉压力波的变化而改变。 而其他组织吸收的光强度（DC）不随搏动和时间而改变，由此，就可计算 出在两个波长中的光吸收比率R。R=(AC660/DC660)/(AC940/DC940)。R与 SpO2呈负相关，根据R值，由标准曲线可得出相应的SpO2值。
Heart Rate Monitor(HRM)
心率(Heart Rate)：用来描述心动周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动的次
数，以第一声音为准。也就是在一定时间内，表示心脏跳动快慢的意思。
正常心率范围因人而异 健康成人的正常心率为60～100次/分，大多数为60～ 80次/分，女性稍快；3岁以下的小儿正常心率在100次/分以上；老年人偏慢。
HRM+OX sensor心率测量和血氧测量传感 器原理
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光電法測試心率的比较
“光电容积脉搏波描记法（photoplethysmography PPG）”的英文单词读起来难，但 原理却简单：将LED光线照射在皮肤上，再检测有多少光线传输或反射回光电二极管， 检测特定时间手腕处流通的血液量，以此法得到压力脉冲导致的血流量变化的数据， 算出心率。
心脏跳动的一瞬，手腕处流通的血液量增加，吸收更多绿光；而心跳间隙，吸收的绿 光就少一些。同理，红外光也是如此。 当处于15摄氏度（59华氏度）以下的低温时，通过测量绿光的吸收状况来获取更为精 准的数据。而高温环境下，比如用户正在健身房里挥汗如雨时，皮肤表面水分增加， 由于更多绿光已经被吸收掉，要检测皮下反射的绿光就比较困难，这时红外光测试比 较准确。
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7
光电容积脉搏波描记法（PPG） 波形與靜脈波形比較。
PPG
靜脉 血压
HRM+OX sensor心率测量和血氧测量传感 器原理
8
血氧饱和度测量（ Pulse Oximeter (OX) ）
人类需要在整个身体内保持连续的氧气供应才能维持生命。 这个功能呢有血液中的红细胞完成。 脉搏血氧仪采用无创式技术测量血液中的 含氧量。
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血氧饱和度测量
通过对脉搏血氧测量原理的研究，人们已经发现只要测量出两种特定波长 的透射光在一个完整的脉搏波中光强度的变化量就可以计算出血氧饱和度。
Apple Watch同时有绿光模式和红外光模式两种测试模式，綠光模式實時測量，紅外光 模式大概10分鐘測測一次， LED光每秒闪动数百次，计算出每分钟的平均心跳次数。
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光电容积脉搏波描记法（PPG） 波形與心電圖波形比較。
PPG
动脉 血压
心电图
这两种光的波长是660nm和940nm。通过对人体生理波形的分析可以知道， 人体的脉搏次数在30~250次/分钟，对应的频率是0.5~4.1HZ。 传感器采用发光二极管LED作为光源,以光电二极管作为光检测器件。采用 脉冲驱动，好处是两路光源可以交替发亮，检测电路可以采用对两路光响 应电平一致的光敏元件接收。
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心率測量的方法二
光电透射测量法（腕式/手錶等）
紅外光光电测量法是利用血管内血液血红蛋白的吸光度的变化来测量脉搏。 手表装有红外发射光束回路和接收反射回路。这种方法测量心率优点是非常简便无需 胸带，但是由于信号极为微弱而非常容易受到外界干扰而造成测量数据不准确 而且一 般需要安静的状态下测量，不适合运动中持续测量心率。
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血液與心臟跳動的關係
每个心率周期（cardiac cycle） 里，心脏跳动着将血液输送 到心脏外围。虽然压力脉冲 （pressure pulse）在触及皮 肤的瞬间速度有所减缓，但 足以使皮下组织的动脉和小 动脉扩张。
HRM+OX sensor心率测量和血氧测量传感 器原理
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水对光的吸收状况
如心率低于40次/分，应考虑有房室传导阻滞。
心率过快超过160次/分，或低于40次/分，大多见于心脏病病人，病人常有心
悸、胸闷、心前区不适，应HRM及+O早X se进nso行r心详率测细量检和血查氧，测量以传便感 针对病因进行wenku.baidu.com疗。
器原理
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心率測量的方法一
心动电流测量法（心率胸带）
人体每次心跳都会产生心动电流，无线心率胸带就是这样一种可以感应心动电流的仪 器。感应器的极片位于胸带前方两侧，使用者带上胸带后，胸带内的极片采集锻炼者 的心动电流波动幅度，再通过无线传输技术发送给心率表转化为便于观察的心跳BPM 数值。其原理和心电图测量原理一致。 这种测量心率方法的另外一个优点是可以在运 动中持续测量心率。缺點就是佩戴不方便。
绿光光电测量法是由两个绿色波长的发光LED 和一个光敏传感器组成，位于心率表的 背部。 其原理是基于手臂血管中的血液在脉动的时候会发生密度改变而引起透光率的 变化。发光LED 发出绿色波长的光波，光敏传感器可以接受手臂皮肤的反射光并感测 光场强度的变化并换算成心率。
HRM+OX sensor心率测量和血氧测量传感 器原理
成人每分钟心率超过100次（一般不超过160次/分）或婴幼儿超过150次/ 分者，称为窦性心动过速。常见于正常人运动、兴奋、激动、吸烟、饮酒 和喝浓茶后。也可见于发热、休克、贫血、甲亢、心力衰竭及应用阿托品、 肾上腺素、麻黄素等。
如果心率在 160～220次/分，常称为阵发性心动过速。
心率低于60次/分者（一般在40次/分以上），称为窦性心动过缓。可见于长期 从事重体力劳动和运动员；病理性的见于甲状腺机能低下、颅内压增高、阻塞 性黄疸、以及洋地黄、奎尼丁或心得安类药物过量或中毒。
血液在波长660nm附近和900nm附近反射之比(ρ660/900)最敏感地反映出血 氧饱和度的变化，临床一般血氧饱和度仪(如泰嘉电子Taijia饱和度仪、脉 搏血氧仪)也采用该比值作为变量。在光传导的途径上，除动脉血血红蛋 白吸收光外，其他组织（如皮肤、软组织、静脉血和毛细血管血液）也可 吸收光。但入射光经过手指或耳垂时，光可被搏动性血液和其他组织同时 吸收，但两者吸收的光强度是不同的，搏动性动脉血吸收的光强度（AC） 随着动脉压力波的变化而改变。 而其他组织吸收的光强度（DC）不随搏动和时间而改变，由此，就可计算 出在两个波长中的光吸收比率R。R=(AC660/DC660)/(AC940/DC940)。R与 SpO2呈负相关，根据R值，由标准曲线可得出相应的SpO2值。
Heart Rate Monitor(HRM)
心率(Heart Rate)：用来描述心动周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动的次
数，以第一声音为准。也就是在一定时间内，表示心脏跳动快慢的意思。
正常心率范围因人而异 健康成人的正常心率为60～100次/分，大多数为60～ 80次/分，女性稍快；3岁以下的小儿正常心率在100次/分以上；老年人偏慢。
HRM+OX sensor心率测量和血氧测量传感 器原理
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光電法測試心率的比较
“光电容积脉搏波描记法（photoplethysmography PPG）”的英文单词读起来难，但 原理却简单：将LED光线照射在皮肤上，再检测有多少光线传输或反射回光电二极管， 检测特定时间手腕处流通的血液量，以此法得到压力脉冲导致的血流量变化的数据， 算出心率。
心脏跳动的一瞬，手腕处流通的血液量增加，吸收更多绿光；而心跳间隙，吸收的绿 光就少一些。同理，红外光也是如此。 当处于15摄氏度（59华氏度）以下的低温时，通过测量绿光的吸收状况来获取更为精 准的数据。而高温环境下，比如用户正在健身房里挥汗如雨时，皮肤表面水分增加， 由于更多绿光已经被吸收掉，要检测皮下反射的绿光就比较困难，这时红外光测试比 较准确。
HRM+OX sensor心率测量和血氧测量传感 器原理
7
光电容积脉搏波描记法（PPG） 波形與靜脈波形比較。
PPG
靜脉 血压
HRM+OX sensor心率测量和血氧测量传感 器原理
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血氧饱和度测量（ Pulse Oximeter (OX) ）
人类需要在整个身体内保持连续的氧气供应才能维持生命。 这个功能呢有血液中的红细胞完成。 脉搏血氧仪采用无创式技术测量血液中的 含氧量。