從Fitbit的集體訴訟談心率測量

　　最近看新聞時，發現fitbit的集體訴訟，大致是說“當在高強度健身活動中使用時，部分型號Fitbit設備讀數誤差相當大。在超高強度運動狀態下，Fitbit心率讀數誤差甚至達到了75bpm(次/分鐘)?！倍?a class="contentlabel" href="http://www.czjhyjcfj.com/news/listbylabel/label/Fitbit">Fitbit卻說，事實并不是這個樣子的。而《消費者報告》的文章也表示“Fitbit Charge HR和Fitbit Surge都輕松通過了我們的測試，在包括從休閑散步到快速跑步在內的各種強度運動中，準確地測量了用戶心率?！保⒁詫嶒灥姆绞街苯域炞C。

　　作為一名技術工程師的筆者，當然主要不關心這樣的集體訴訟是誰最后勝訴，而主要關心其心率測量的技術方法。下面就隨筆者一起探討一下心率測量的技術及實現方式，不過，我們要首先了解一下什么是脈搏?

　　什么是脈搏

　　脈搏(英文pulse)是由心臟的收縮使血液通過動脈所產生的節律性搏動。臨床上有許多疾病，特別是心臟病可使脈搏發生變化。中醫更將切脈作為診治疾病的主要方法。病情危重，特別是臨終前脈搏的次數和脈率都會發生明顯的變化。因此，脈搏的變化也是醫生對病人診斷的其中一項依據。

　　如何測量脈搏

　　上面講了脈搏的意義及形成，那么我們就可以利用其物理特性完成測量。具體的方法主要有：壓力法，心電法，光電法。我們一一說來：

　　壓力法，此測量方法往往和測血壓連用，其缺點是體積大且需氣泵，大家醫院看病或住院時都看到過，原理主要靠人的感覺能力，與電子測量關系不大，此處不過多研究了。

　　心電法，其實就是測量心電圖的方法，精確且能獲得多種心跳參數，但因使用方法和電極安放均非常專業，此為脈搏測量數量即為標準值喲~~當然，技術難度與復雜度較高，已經超過筆者的掌握程度了，故放棄。

　　還剩下光電法，想必大家也猜到了，本場的主角粉墨登場了。筆者在論壇里開了一個主題帖子就是制作一個脈搏測量儀，筆者采用的原理是由于動脈血以“脈沖”方式流動，導致皮下紅外反射率的些微差別，利用這個差別來計算脈搏的數量。筆者的水平有限，精力有限，經費有限，可見，紅外線測量脈搏的方法相對經濟，簡易，性價比高，但是價格高昂的Fitbit手環采用的是什么方法呢?先讓我們看一下圖片：

　　從上面的圖片我們可以清楚的看到Fitbit 使用了光電容積脈搏波PPGphotoplethysmography (PPG)，光電法是通過測量光吸收量，通過光學吸收規律來計算當前脈搏數量。Fitbit使用了波長為530納米的綠光作為光源，據科技研究，綠光的測量精度是更接近心電法。

　　手環肯定是要固定在手腕處，手腕也會隨我們走動而出現上上下下地擺動，由于手腕的位置較心臟遠，這也就會造成血壓的舒張壓很難判定，比如正在血壓加大，而此時手臂正好上擺，又造成血壓下降……當然，這些都是手環的算法要解決的事情，筆者在這里也只是表示崇拜一下而已。

　　通過查閱文獻，算法的實現還是較復雜而且需要一定的數據做支撐，例如以下幾步：

　　1、光電容積脈搏波信號特征分析;

　　2、光電容積脈搏波信號的提取;

　　3、光電容積脈搏波信號的特征檢出;

　　4、為了適應個體差異大，波形差異大的特點，脈搏波檢出中首先進行自學習;

　　不得不說，光電容積脈搏波測量法目前仍然在路上，還是存在一些改進的地方。正是存在這些技術缺陷成就了我們這樣的工程師的動力——我們還有很多要去努力做的東西。當然，我們也要從技術的角度去清醒地認識此次fitbit的集體訴訟，技術尚未完美，數據僅做參考，笑一笑，十年少^_^