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- 偏振光可提高可穿戴健康傳感器對(duì)所有膚色的準(zhǔn)確性
- 來源：SPIE 發(fā)表于 2025/12/26
光電容積脈搏波描記法 (PPG) 是一種光學(xué)傳感技術(shù)，用于測量血容量變化，是醫(yī)院級(jí)脈搏血氧儀到可追蹤心率、睡眠和氧合的消費(fèi)級(jí)可穿戴設(shè)備等各種設(shè)備的基礎(chǔ)。
盡管光電容積脈搏波描記法（PPG）應(yīng)用廣泛，但其測量精度在不同個(gè)體間差異顯著，尤其受膚色影響較大。膚色較深的人黑色素含量更高，黑色素會(huì)吸收和散射光線，導(dǎo)致測量結(jié)果可靠性降低。這種差異與黑色素含量較高人群的血氧測量誤差有關(guān)。
當(dāng)前挑戰(zhàn)和新研究
目前大多數(shù)提高光電容積脈搏波描記法（PPG）精度的措施都依賴于軟件解決方案，例如高級(jí)濾波或機(jī)器學(xué)習(xí)，以消除由運(yùn)動(dòng)或傳感器接觸不良引起的噪聲信號(hào)。然而，這些方法只能處理低質(zhì)量數(shù)據(jù)，而無法解決根本原因：光與組織的相互作用。
在《生物光子學(xué)發(fā)現(xiàn)》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，布朗大學(xué)的研究人員提出了一種新方法，直接解決光-組織相互作用層面的 PPG 信號(hào)質(zhì)量問題。
新傳感器的工作原理
該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種可穿戴的偏振敏感光電容積脈搏波描記法（PPG）傳感器，它利用光場的偏振方向，優(yōu)先接收來自深層血管而非富含黑色素的表層組織的信號(hào)。該裝置將光分成兩個(gè)通道：一個(gè)通道檢測同偏振光（平行于入射光束），另一個(gè)通道檢測交叉偏振光（垂直于入射光束）。這種設(shè)計(jì)有助于濾除表層散射光，并捕獲來自深層組織的更強(qiáng)信號(hào)。
在對(duì)代表淺色、中等色和棕色膚色的志愿者進(jìn)行的測試中，交叉偏振條件在紅色（655 nm）和紅外（940 nm）波長下均持續(xù)產(chǎn)生更高的灌注指數(shù)（PI）值——一種信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)。對(duì)于較深膚色，在紅色波長下的改善最為顯著。
對(duì)未來PPG技術(shù)的影響
雖然作者謹(jǐn)慎地指出，這些結(jié)果只是初步的，并且將會(huì)進(jìn)行更大規(guī)模的研究，但這種方法可能會(huì)減少基于 PPG 的技術(shù)中的偏差，為更具包容性的醫(yī)療和消費(fèi)可穿戴設(shè)備奠定基礎(chǔ)。
“大多數(shù) PPG 設(shè)備都專注于數(shù)字信號(hào)處理算法的創(chuàng)新，”資深作者 Kimani C. Toussaint, Jr. 說，“而作為光學(xué)研究人員，我們則專注于通過對(duì)光本身進(jìn)行工程改造來實(shí)現(xiàn)什么；我們認(rèn)為，我們正在探索一種新的、更精確的方法來獲得更高質(zhì)量的 PPG 信號(hào)，而我們目前的研究還只是冰山一角�！�
更多信息： Rutendo Jakachira 等人，《針對(duì)不同膚色人群的偏振敏感雙波長可穿戴光電容積脈搏波描記傳感器的評(píng)估》，《生物光子學(xué)發(fā)現(xiàn)》 (2025)。DOI ：10.1117/1.bios.3.1.012509
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