EN
服务热线:
0755-66631006
首页 - 新闻资讯 -  行业新闻

新闻资讯

[PPG传感器]PPG传感器反向散射解析

日期:2022-08-27

传感器能否提供可靠的数据取决于目标信息、部署的算法以及给定用例的具体细节。光学生物传感已成为智能手表和健身可穿戴设备的主流功能。本文将概述光学生物传感器收集的光电容积脉搏波 (PPG) 数据之间的相互作用。PPG 测量通过组织的反射(反向散射)或透射光,以研究每次心跳发生的血容量变化。研究人员和医生通过使用不同的算法处理 PPG 数据,得出了包括心率、呼吸频率、氧饱和度、血管粘度、静脉回流、冷敏感性、血压和心输出量在内的信息。捕获的 PPG 数据能否可靠地提供所有这些见解取决于许多因素。


图片2.png


PPG传感器一、控制范围

光学配置,包括光的波长、LED 的效率和视野、PD 的响应性以及光路的设计。这些因素中的每一个都有助于传感系统的点击率。对象的肤色、皮肤温度、血液灌注和传感器在身体上的位置都会影响 PI。对于大多数用例,受试者的皮肤特征超出了设计师的控制范围。尽管医疗实践通常从手指和耳垂获取 PPG 数据,但这些位置可能不便于动态和长期监测。因此,许多设计期望并接受较低的 PI 值。


PPG传感器二、光学元件

光学元件和系统设计最终控制了 PPG 系统中的噪声。在大多数可穿戴应用中,N TX和 N RX可以通过选择具有更好固有信噪比性能的模拟前端来最小化。这一点尤其重要,因为 CTR 通常是一个很小的数字,特别是当小型化或其他工业设计考虑可能会限制光学设计时。因此,等式分母中的噪声项开始占主导地位。通过增加 LED 功耗来提高 SNR。当所有其他方法都失败时,该等式向设计人员保证,他们仍然可以通过提高 I LED获得可靠的 PPG 数据,这当然会大大增加系统功耗。此外,过度的功耗可能会导致系统中的其他复杂性损害数据的可靠性。


PPG传感器三、数据可靠性

虽然较差的 SNR 通常代表缺乏数据可靠性,但其他因素(例如运动伪影)可能会在不同程度上影响不同 PPG 数据衍生信息的可靠性。为了解释这一点,我们将看一些可以嵌入 PPG 数据中的信息示例。正如下面的讨论所示,在频域中检查 PPG 数据很有用。


图片4.png


PPG传感器四、心率或脉搏率

PPG 最普遍的应用是监测心率,这也是最可靠的数据(图 1 表示按年龄划分的平均目标心率)。人的心率低于3Hz。它主要是音调意味着它是一个窄带信号,因此,通过应用于大多数 PPG 数据的算法从大多数背景噪声中恢复相对简单。在预期有运动的用例中,可以使用更高的带宽来允许算法使用真正的 PPG 波形的特征将真正的 PPG 信号与带内运动伪影区分开来。


PPG传感器五、波形

由于 PPG 测量成本低且无创,因此许多研究人员专注于使用在临床环境下获取的 PPG 数据来诊断周围血管疾病,例如动脉粥样硬化,其中脂肪沉积会减小动脉的直径。处理 PPG 数据的常用方法是使用其二阶导数,得到的波形通常称为 APG(参见图 2)。在许多研究过程中,研究人员对 APG 波形的形状进行了分类,以帮助诊断受试者的健康状况和患冠心病的风险。这些研究中的技术包括频率信息,通常从 0.05Hz 到 20Hz,明显高于基本心率。而且由于高频分量要弱得多,因此这些 PPG 测量需要更高的 SNR,而对信号调节的低通滤波器的依赖更少。例如,对 APG 特征的简单分析包括:


PPG传感器六、组织接触

使用 PPG 测量的 PRV 类似于心率变异性 (HRV),用于通过分析心脏活动产生的心跳间隔来测量自主神经系统。由于心跳间隔变化缓慢,可穿戴 PPG 数据的可靠性挑战在于长时间保持良好的传感器与组织接触。此外,用于获取 PPG 数据的采样率必须足够高以避免时域量化,这会影响分析的 PRV 变量的准确性。


PPG传感器七、血氧饱和度

脉搏血氧饱和度或 SpO 2比上面列出的 PPG 测量更复杂,因为它涉及两种不同波长的光。研究人员提出了许多不同的方法来消除噪声和运动伪影的影响,但问题在可穿戴应用中仍然存在。这是由于运动伪影的复杂性。运动会导致组织与传感器的耦合发生变化。这是一个基本假设,即这两个波长共享基本相同的光路。当对象的移动导致每个光源行进的路径之间存在瞬时差异时,数据变得不可靠。此外,运动还可以影响静脉血和其他非脉动成分沿光路的运动,从而改变所观察组织的特性。在这里,数据可靠性需要一种算法来了解 PPG 数据是干净的还是被运动破坏的。因此,对可靠数据的带宽需求更多地与支持这种分类以及除了 PPG 之外还有哪些其他传感器信息可用,而不是与心率或破坏性运动有关。


图片5.png


  以上就是关于PPG传感器反向散射解析的分享,相信大家在看了以上的总结之后,也已经对这方面的知识有了一定的了解,想要了解更多关于PPG传感器以及脉搏传感器的知识资讯,可以前往官网的客服进行咨询。


  推荐资讯
  [脉搏传感器]脉搏传感器都运用了哪些技术
2022-09-30  
  [红外发射管]红外发射管是如何检测输入电压的
2022-09-29  
  [红外发射管]红外发射管是如何做预设频率的
2022-09-27  
  [红外对管]红外对管是如何检测传输信号的
2022-09-26  
  [脉搏传感器]脉搏传感器是如何检测数据的
2022-09-22  
  [脉搏传感器]脉搏传感器不准有哪些原因
2022-09-20