脈搏的概念相信大家都懂，相信大家都有通過脈搏數心跳的經歷。但理論上：脈搏是動脈內壓力的週期性有規律的搏動。這種週期性的訊號當然就是脈搏波啦。脈搏波蘊含著人體的豐富資訊，而這些資訊就通過波形、強度、速率與節律等表達。

脈搏波怎樣被測量？

要想能精確的獲得上面的這些訊號，就要有精確的測量方法，目前主要有兩種：

1. 壓力檢測法：假設動脈血管為薄壁彈性圓柱管，感測器與血管壁的之間的表皮厚度相對於血管直徑可以忽略不計，然後利用脈搏壓力感測器對血壓施加一定的壓力，使一部分血管壁呈扁平狀態，但不造成血管閉塞，此時感測器檢測到的壓力F與動脈壓力成正比，在一個心動週期內，動脈壓力隨時間的變化波形與感測器檢測到的壓力F隨時間的變化波形相似，因此可以把感測器壓力F隨時間的變化波形近似認為是動脈壓力隨時間的變化波形，經過後續訊號處理可以得到理想的脈搏波波形。

2、光電容積脈搏波描記法（PPG）：當光源的光照射人體組織時，經過組織的吸收和衰減，從光源同側或異側被光電探測器接收，根據Lambert-beer法則，肌肉和骨骼等對於光的吸收量是不變的，而血管的節律性搏動會造成血管擴張和收縮，使其內部的血液容積也呈現週期性的變化，從而導致血液對光的吸收量發生變化，使得接收到的光強呈現週期性變化，也即光強的變化反映了血管容積的變化。通過光電探測器採集被衰減之後的光並轉換為電訊號，可獲得PPG訊號。

蘋果的Apple Watch Series 3就是在背面設定了LED光源和光電探測器，通過PPG法來採集手腕處血管訊號。

G法來採集手腕處血管訊號。

目前，市場上絕大部分的心率測量穿戴裝置都採用PPG法，PPG法從測量以及使用上來看都比較方便。但在測量精度、穩定性方面卻時常表現得不盡如人意。其主要誤差源於各種干擾，如運動帶來的光線干擾、環境光線干擾、膚色干擾、頻率交叉干擾、測量區域血管結構變異性干擾等。壓力檢測法受環境的影響相對較小，但要求有高靈敏度的壓力或應變感測器，並且具有良好的柔性保證與測量點良好的貼合，以及針對運動干擾的濾波演算法。

高靈敏度柔性感測材料，石墨烯是很好的選擇，石墨烯具備高靈敏度、寬動態頻響、易加工，超薄、超輕、溫度穩定好、超柔性以及透明等優勢，是實現超高靈敏度和超柔性完美結合的應變感測器。

清華大學於2015年申請保護一種石墨烯柔性感測器及其製造方法（CN104949609A），隨後又提出了批量生產方法，一種基於液相法制備二維納米材料薄膜的方法（CN105217614A），提出了一種實現石墨烯高靈敏柔性應變感測的新思路，將石墨烯與超彈超薄高分子材料複合形成柔性、輕薄似紋身的應變感測器。通過控制工藝流程，其代表靈敏度的GF值最高可達10000，是目前常用商用應變感測器的幾千倍，可穩定可靠探測脈搏波等微弱生理訊號，有望為脈搏波產品帶來變革。

脈搏波現在有什麼用？

除了檢測心率，脈搏波目前在很多的醫療及人體生理監測產品中都有實際應用，很多廠商申請了專利並開發出了相應產品投放市場。

1.血壓檢測

歐姆龍公司是電子血壓計產品領域的龍頭老大，具有豐富的電子血壓計系列產品，其產品主要分為上臂式、腕式和手指式血壓計。

上臂式血壓計是歐姆龍公司的經典產品，利用了示波法來測量血壓。具體是通過對纏繞在上臂處的可膨脹袖帶加壓，動脈受袖帶壓迫後內部容積發生變化，在慢慢改變袖帶內壓力的過程中，通過袖帶內壓力感測器測量由於袖帶壓迫產生的外壓作用和脈動血壓之間的平衡引起血管壓力變化，從而獲得脈搏波波形，通過分析該脈搏波波形的波形特徵量並經過一系列數學運算可以計算出人體的血壓值。

腕式血壓計測量血壓的原理與上臂式血壓計類似，只是其壓力感測器測量的是手腕處橈骨動脈的脈搏波波形。

歐姆龍公司最近在腕式血壓計產品上有了新的突破，其出品的 Project Zero腕式電子血壓計是第一支僅有手錶大小的血壓計，遠遠小於常規腕式血壓計的大小，並且歐姆龍公司認為其讀數之精確不亞於上臂式血壓計。

手指式血壓計測量的是手指部位的脈搏波，同樣利用可膨脹的指套對手指進行加壓，但是與上臂式、腕式血壓計不同的是，其採用了光電容積脈搏波描記法（PPG）來測量脈搏波。

上述三種電子血壓計，相較於醫院常見的水銀血壓計，操作起來更為方便，但是準確度卻要差一些，因為水銀血壓計是直接對血壓進行測量，而電子血壓計是通過數學運算算出的血壓值，往往會存在一些誤差，特別是手指式血壓計，已經證明其血壓測量結果具有較大的誤差，目前歐姆龍公司的上述手指式血壓計也已經停產。此外，對於患有血液迴圈障礙的病人，如糖尿病、高血脂、高血壓等病會加速動脈硬化，從而引起末梢迴圈障礙，這些患者如果採用腕式血壓計，其血壓測量結果也會存在較大的誤差。

2.動脈硬化檢測

歐姆龍公司開發了一種全自動動脈硬化檢測儀，在四肢上分別綁縛袖帶，先通過對比左上臂袖帶和右上臂袖帶在施以兩種壓力下時兩者脈搏波的波幅度改變率，將波幅度改變率較大的一側上臂作為基準。然後將該側的上下肢袖帶充氣至某一固定壓力值，通過壓力感測器測量並分析該側上臂袖帶所記錄的脈搏波與對應側下肢腳踝袖帶所記錄的脈搏波之間的傳導時間差異，即臂踝脈搏波傳導時間，然後利用估算出的脈搏波傳導距離(即從病人心臟到戴有上臂袖帶的上臂的距離與從病人心臟到戴有腳踝袖帶的腳踝的距離之差)除以臂踝脈搏波傳導時間，從而獲得臂踝脈搏波傳導速度（baPWV）。根據Moens-Korteweg方程，PWV與彈性係數的平方根成正比，當動脈硬化導致血管彈性降低時，脈搏波在動脈系統的傳播速度就會加快，因此根據獲得的baPWV可以判斷患者的動脈硬化程度。

3. 血氧檢測

上海貝瑞電子科技有限公司開發了一種戒指式血氧脈搏儀，其設計小巧，可以舒適的佩帶在使用者的手指上，便於隨時監測使用者的血氧飽和度。其採用了光電容積脈搏波描記法（PPG），利用光源和反射式光電探測器測量手指部位的PPG訊號，並通過對PPG訊號進行特徵提取以及對提取的特徵進行數學運算獲得使用者的血氧飽和度。

4. 睡眠監測

愛普生開發了一種運動腕錶，利用光電容積脈搏波描記法（PPG）來測量脈搏波並得到人體的心率，然後將心率資料波形結合監測人體運動的運動感測器，利用自動睡眠檢測技術來判斷人體是否進入睡眠狀態，並分析睡眠的質量。

5. 飲酒檢測

深圳市維億魄科技有限公司開發了一種腕帶，其利用光電容積脈搏波描記法（PPG）測量佩戴者的脈搏波訊號，通過腕帶內部的MCU處理模組對該訊號進行週期分割、特徵點提取，然後建立脈搏波特異性標準模版並計算其能量分佈，最終得到能量域關鍵引數，通過與飲酒前人體脈搏波訊號特異性標準模版的引數做比對，可以判斷佩戴者是否飲酒並跟蹤飲酒者的狀態。

6. 中醫診脈

蕪湖聖美孚科技有限公司開發了一種中醫脈象採集系統，其通過袖帶式壓力感測器，在橈動脈寸、關、尺三個部位檢測脈搏訊號，其開創性地模仿中醫醫師按脈指法的特點，按照中醫舉、按、尋的診脈過程，利用全自動氣體加壓系統取脈，採集八個不同壓力段的脈搏波波形，並自動分析脈搏的位、數、形、勢和脈圖的各項引數，可以將脈搏波分類為中醫的28種基本脈類。

脈搏波將來有什麼用？

除了上述主流應用，筆者還發現了一些新申請的專利也開發出了關於脈搏波的新的應用場景，相信在不久的將來，這些產品也將能夠陸續問世，逐漸改變著我們的生活。

1. 身份識別

三星電子株式會社於2015年申請保護了一種使用脈搏波來識別使用者身份的裝置（CN107004124A），該裝置可以用於電視遙控器100上，通過遙控器上設定的感測器來測量使用者10手指的脈搏波波形，分析該脈搏波波形並與資料庫中預先儲存的參考脈搏波的特徵值相比較，就可以識別當前使用者10的身份，並根據資料庫記錄的該使用者10的歷史資訊，在電視上向該使用者10顯示其偏愛的電視訊道的資訊。

2. 駕駛員狀態判斷

松下智慧財產權經營株式會社於2016年申請保護了一種使用脈搏波來判斷司機狀態的系統（CN106264449A）。其在司機202的耳部設定脈搏波感測器203並檢測脈搏波，通過脈搏波波形提取心跳間隔，通過分析心跳間隔的波形的低頻成分/高頻成分比值，就可以知曉司機此時是否處於副交感神經亢奮狀態，也即知曉人是否處於睏倦狀態。

3. 糖尿病檢測

塔塔諮詢服務有限公司於2016年申請了一種糖尿病檢測裝置（CN107028603A），利用用光電容積脈搏波描記法（PPG）感測器104從人的橈動脈採集脈搏波訊號，然後由處理器106預處理並分析PPG訊號以檢測PPG訊號中的峰值，由該檢測到的峰值可以提取出第一組特徵引數，將第一組特徵引數與從個體的控制群組提取的第二組特徵引數相比較，就可以判斷被檢測者是處於正常狀況、前期糖尿病狀況還是糖尿病患者狀況。

4. 黃疸檢測

中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所於2016年申請了一種黃疸檢測裝置（CN105942984A），將分別發出4種波長的LED光源和光電探測器集成於探頭上，將探頭佩戴於新生兒的額頭，利用光電容積脈搏波描記法（PPG）記錄新生兒的PPG訊號，通過對該訊號進行適當的數學運算，消除黑色素、血紅蛋白對膽紅素濃度檢測的影響，從而可以準確計算出膽紅素濃度，實現對新生兒黃疸的實時連續監測。