医疗器械行业：PPG连续生理特征感知技术及应用白皮书

　　Photoplethysmographic（PPG），即光电容积脉搏波描记法，是一种以LED光源和探测器为基础，通过测量照射在人体皮肤表面被血管等组织反射回的光的衰减程度，进而记录血管的搏动状态，同时测量脉搏波的一种测量人体生理数据的方法。PPG最早在20世纪30年代时出现，具有简便、低成本、无创等特点。这项技术最早被用于照射人体的手指和脚趾，将其结果与X光等透射光的检查结果进行比较确认。近20年内，在长期观察中确认了该技术的可行性后，PPG相关的研究逐渐增加，测量点位从单个点位扩展到多个，测量方式也从接触式发展出了非接触式，其应用范围逐渐从测量循环系统各类生理指标扩展到各方面体征，如呼吸系统等。

    　　在每次脉冲中，PPG波形包括收缩峰（systolic peak）、二尖波（dicrotic notch）和舒张峰（diastolic peak）。收缩峰（红点来源于心脏的收缩活动（contraction activity ofheart）二尖波（绿点）来源于主动脉瓣的关闭（closure of the aortic valve）舒张峰（黄点）则是指血液流入外围循环。

    　　当我们去到医院，通常都需要经历各类检查，如体温、心率、血压、呼吸频率、血氧饱和度等，这些反映人生命体征的指标能帮助本人判断当前状态，有助于旁人判断是否应采取救助，便于就医时医护人员判断病人是否危急。目前，各类生理学信号的测量方式应用了流体力学、光学等多种理论的知识，需要多种器械配合，如使用红外测温枪或水银温度计测量体温，用水银血压计测量收缩压及舒张压，使用指压法简单测算心率，用目测法估算呼吸频率、评估末梢血液循环，体内探针法测定各类血流动力学参数。而这些指标都可以通过PPG技术有所反映，可以利用PPG信号的周期计算心率，周期变化率测算心率变异性，通过不同波长的光的吸收率之比测量氧合血红蛋白及去氧血红蛋白的比例从而得出血氧饱和度，进一步可关联PPG基线变化与血压、呼吸频率的关系，PPG信号的上下极差可用于判断末梢血供情况。

    　　PPG信号以一种独特的方式，用光电信号记录人面部血管搏动、血流速度、血液状态，将这些原本需要多个设备和一定医学储备来进行测量的生理信号，提供一站式测量方案，减少普通人自行测量相关数据的器材需求，降低人们关心自己身体健康的难度。

    　　以生命体征数据为基础，研究者不断探索PPG信号的效用，在疾病预测上取得了不菲的成果，如心血管疾病。心电图（ECG）是诊断心脏疾病的重要方式，心电图曲线可以提示如房颤、室颤、心率失常、陈旧或新发心肌梗死、传导阻滞等多种心肌相关的疾病。同步ECG与PPG信号可以发现，PPG信号同样可以反映心电特征，通过总结PPG信号的异常，可以提示人可能存在心脏疾病，从而做到对心脏疾病的早发现、早诊断、早治疗，减缓慢性疾病的病情发展，对疾病的急性发作作出预警，提高发病患者的生存率。

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