这姿势跑友骑友游友都必须涨：心率测量技术全览 / 开普饭

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文 | 老Q

以前老Q总是念叨，心率是跑步最需要关注的数据，没有之一。咱们比较常见、耳熟能详的心率测量设备，无非就是心率带、光电心率表/手环。其实还有一些别的方式，今儿收集了一下资料，给亲们说道一二，多了解了解相关知识涨涨姿势总是件好事。

有兴趣做运动领域可穿戴智能设备的亲们，不妨多多留意机会，脑筋转起来。

血氧法

在医疗机构比较常见，老Q有一两次看病，在见医生前需要先测好心率量体温。护士MM就让把手指头塞在一个小套套里面，问何用，签曰测心率。这种夹在食指尖的心率测试仪就是采用这种方案。

一般来讲，完整的血氧饱和度仪往往有2种发光二极管，一种波长660nm，是可见光的红光，一种波长900多nm，是红外线。血管中携氧的血红蛋白和不携带氧的血红蛋白，对两种光的吸收率是不同的。如下图，看不懂没关系，老Q也看不懂，不过查了一下横坐标是波长，纵坐标是摩尔消光系数……还是不懂。

血管中的氧含量是有着周期性变化的：消耗——增加（心脏泵血）——再消耗这样的周期过程的。这个周期自然是与心率保持一致的。

血氧法的优势是，测一次可以得到心率和血氧饱和度两种数据。劣势是由于需要在另一端接受透射光信号，那么这部分人体组织就必须足够薄才行，咱浑身上下合适的位置有哪些呢？脸皮不算的话，就只有指尖和耳垂了。手腕太厚了，可见光根本无法穿透，使用范围也比较受限制。

顺便说一下，手机有些APP号称能测心率，你得把手指头放在手机闪光灯那儿，在测的时候闪光灯也一直会亮——照着手指头白里透着红，红里透着光，煞是可爱。

至于测出来的心率准确度嘛，你猜……

毫无疑问，在持续运动当中这种方式明显是不合适的。所以很多运动腕表都没有采用这个方案。医疗机构里面倒是有不少设备采用这个方案。

光电体积法

这种方案是追踪可见光（绿光）在人体组织中的反射。通常是有两个绿色LED向手腕发出可见光，然后中间有个光电传感器感应反射光。如下图：

人体的皮肤，骨骼，肉，脂肪等对光的反射是固定值，而毛细血管和动脉静脉由于随着脉搏容积不停变大变小变大变小，所以对光的反射是个波动曲线。这个曲线的频率就是脉搏，跟心率自然也是一致的。

这种方法只能得到心率信号，但是对运动过程中带来的噪声抵抗力比较强，于是乎就很适合目前的运动腕表用。所以，象MIO，Sunnto，佳明，Apple Watch，FitBit……对了，还有小米手环等等，多数或部分产品都采用光电直测心率的方案。

首先提到的必然是Mio Alpha，它使用的是双光束光电器件来监测用户心率，从与传统心率带对比结果来看，其数据的准确性和平滑度基本一致。不过除了直测心率之外它基本就是一块普通的运动手表，诸如GPS等更多功能需要借助手机实现，相对于其千元以上的定价略显鸡肋。不过技术还算靠谱，所以佳明、Tomtom、AD等公司的早期光电直测产品都用的是MIO的整体方案。老Q最早用的就是MIO的Alpha2，如果只是想在跑步过程中实时监测心率的话，不妨用用。

至于用绿光的原因——不是因为血液是红的，所以用绿光，真正原因是绿光对外界温度变化造成的信号漂移是最小的。

佳明的光电测心率手表

心电信号法

咱们人类窦房结会有节律地控制心脏收缩舒张，从而向躯干泵血。这个控制信号是一个电信号(人体神经信号在神经上都表现为电信号)，会逐渐扩散到体表，可以在皮肤通过电极测量（毫伏级电信号）。

亲们去医院体检，做心电图，胸口按一堆东东（电极，如上图），就是采用这个原理。这个节奏就是心率，除此之外，心电信号还可以为医生诊断提供很多数据。

这种办法可以说是目前市面上最精确的心率测量方法。我们常说心率带最靠谱，就是因为采用这个方案。

但是，由于心电信号的波长非常长，为了测得足够精度的信号，信号电极和参考电极就必须在躯干空间上隔得足够远。一般是胸上比较远得两点，或者左手和右手，或者手和脚等。腕表就比较难采用这个方案，除非有人愿意同时带两个表。

这种心率带需要戴在胸下，一整圈。早期产品戴着不舒服，且容易掉，现在好多了。不过某些男士非常抵制这种办法，说跟戴了个Bra一样一样。亲你能接受不？

脑筋灵活的商家，推出了更方便更舒服的产品，把心率带的电极条直接做到衣服里面，用的时候把心率仪按进去就好，很方便。以前老Q介绍过：

动脉血压法

这其实是最古老的方法，中医的诊脉，或者自己的掐脉都是这种办法：看着秒表，默数一下在10秒/30秒/60秒之内手指头感受到的跳动数就好。

一般测哪儿呢？在手腕或者颈部两侧，都可以经皮肤摸到动脉的压力有规律地涨落。通过压力传感器可以将这个信号变成心率。

这个方案虽然简单，其实是目前商用最不成熟的。原因一是压力传感器需要长期对穿戴者的动脉半压迫，有不适感；二是压力传感器难以以合适的方式固定在皮肤表面：固定得太紧会导致血流不畅，固定得太松又无法实现测量，读不出数。

这个问题在运动领域应用的话，表现就格外明显。所以想实现实时监测心率，用这个思路的话……臣妾做不到啊。

多数小型的家用测量仪器，如上图，能同时测血压和心率，戴上一开之下，明显会有压力感，就是这个原理了。

有些低端的运动手表，在你想测心率的时候，要把手指头放在特定位置几秒，也是这个原理。

红外感应法

前面几种办法多数是围绕手指、腕、胸。这个红外感应法（个别产品叫生物感应技术）用哪个零件呢？耳朵。

耳旁区域是多种身体参数测试的理想地点。颈内动脉系统垂直沿着耳道区域运行，毛细血管系统贯穿耳屏、耳垂。在人们日常从事各种运动中，耳朵的位置都相对稳定且没有过于激烈的动作，这就使其成为了一个理想的、稳定的测试平台。

这种思路的实现手段得有个耳塞，耳塞底部的IR（红外线）探头紧贴耳道，IR模块发射一束红外光。光线一部分被皮肤和脱落的皮层阻挡，一部分透过薄膜进入到人体浅体层并反射回来，通过对反射波的接收，可以测试到使用者的心率。浅体层有丰富的毛细血管，前边说了，这边的血管血液新鲜，离心脏近，所以这个测试相对更为精准。