从Fitbit的集体诉讼谈心率测量

　　最近看新闻时，发现fitbit的集体诉讼，大致是说“当在高强度健身活动中使用时，部分型号Fitbit设备读数误差相当大。在超高强度运动状态下，Fitbit心率读数误差甚至达到了75bpm(次/分钟)。”而Fitbit却说，事实并不是这个样子的。而《消费者报告》的文章也表示“Fitbit Charge HR和Fitbit Surge都轻松通过了我们的测试，在包括从休闲散步到快速跑步在内的各种强度运动中，准确地测量了用户心率。”，并以实验的方式直接验证。

　　作为一名技术工程师的笔者，当然主要不关心这样的集体诉讼是谁最后胜诉，而主要关心其心率测量的技术方法。下面就随笔者一起探讨一下心率测量的技术及实现方式，不过，我们要首先了解一下什么是脉搏?

　　什么是脉搏

　　脉搏(英文pulse)是由心脏的收缩使血液通过动脉所产生的节律性搏动。临床上有许多疾病，特别是心脏病可使脉搏发生变化。中医更将切脉作为诊治疾病的主要方法。病情危重，特别是临终前脉搏的次数和脉率都会发生明显的变化。因此，脉搏的变化也是医生对病人诊断的其中一项依据。

　　如何测量脉搏

　　上面讲了脉搏的意义及形成，那么我们就可以利用其物理特性完成测量。具体的方法主要有：压力法，心电法，光电法。我们一一说来：

　　压力法，此测量方法往往和测血压连用，其缺点是体积大且需气泵，大家医院看病或住院时都看到过，原理主要靠人的感觉能力，与电子测量关系不大，此处不过多研究了。

　　心电法，其实就是测量心电图的方法，精确且能获得多种心跳参数，但因使用方法和电极安放均非常专业，此为脉搏测量数量即为标准值哟~~当然，技术难度与复杂度较高，已经超过笔者的掌握程度了，故放弃。

　　还剩下光电法，想必大家也猜到了，本场的主角粉墨登场了。笔者在论坛里开了一个主题帖子就是制作一个脉搏测量仪，笔者采用的原理是由于动脉血以“脉冲”方式流动，导致皮下红外反射率的些微差别，利用这个差别来计算脉搏的数量。笔者的水平有限，精力有限，经费有限，可见，红外线测量脉搏的方法相对经济，简易，性价比高，但是价格高昂的Fitbit手环采用的是什么方法呢?先让我们看一下图片：

　　从上面的图片我们可以清楚的看到Fitbit 使用了光电容积脉搏波PPGphotoplethysmography (PPG)，光电法是通过测量光吸收量，通过光学吸收规律来计算当前脉搏数量。Fitbit使用了波长为530纳米的绿光作为光源，据科技研究，绿光的测量精度是更接近心电法。

　　手环肯定是要固定在手腕处，手腕也会随我们走动而出现上上下下地摆动，由于手腕的位置较心脏远，这也就会造成血压的舒张压很难判定，比如正在血压加大，而此时手臂正好上摆，又造成血压下降……当然，这些都是手环的算法要解决的事情，笔者在这里也只是表示崇拜一下而已。

　　通过查阅文献，算法的实现还是较复杂而且需要一定的数据做支撑，例如以下几步：

　　1、光电容积脉搏波信号特征分析;

　　2、光电容积脉搏波信号的提取;

　　3、光电容积脉搏波信号的特征检出;

　　4、为了适应个体差异大，波形差异大的特点，脉搏波检出中首先进行自学习;

　　不得不说，光电容积脉搏波测量法目前仍然在路上，还是存在一些改进的地方。正是存在这些技术缺陷成就了我们这样的工程师的动力——我们还有很多要去努力做的东西。当然，我们也要从技术的角度去清醒地认识此次fitbit的集体诉讼，技术尚未完美，数据仅做参考，笑一笑，十年少^_^