文案|栾城苏
编辑|栾城苏
全天下最多的危重病例与慢性心肺疾病有关，估量人口统计学的变革，将导致家庭监测方法，在未来此类患者的治疗中发挥主导浸染。
而远程监控技能在新冠疫情时期变得非常主要，利用非打仗式技能丈量生物参数的情形迅速增加。
虽然固定在身体上的电极可靠且具有良好的旗子暗记质量，但这种方法有几个缺陷，而最紧张缺陷便是须要将电极直接固定在皮肤上，这可能会导致患者感到不适。
这就让直接丈量皮肤变得非常关键，特殊是在婴儿和烧伤的情形下，以是近年来通过不显眼的办法，阐明心血管旗子暗记变得越来越主要。
干系参数研究
涌现大量可用于心血管参数丈量的研究，但大多数研究都与打仗式丈量有关，而临床对心血管参数的非打仗式光学丈量的认识，就显得格外稀少。
有几个缘故原由导致了这一事实，例如缺少改进预后的特定治疗方法，以及性别、年事、疾病病史和药物滋扰等成分带来的可变性，导致缺少通过标准化的参数，来评估数据结果的方法。
光学相关检测技能，由马赫-曾德尔干涉仪或迈克尔逊干涉仪组成，在马赫-曾德尔干涉仪中，光旗子暗记通过分束器被分为两部分，这两个光束的行进间隔分别为1和2，并会在另一个光束耦合器上组合。
通过实验我们可以看出，两个旗子暗记的行进间隔完备相同，因此这些光束之间的总路径差也始终为零。
马赫-曾德尔干涉仪
光学零差检测“零差”系统的紧张优点是当两个臂的路径长度相等时，它对频率颠簸不敏感，而光学零差检测技能，则须要两束光束的干涉。
第一波束是输入带频率的光载波旗子暗记,而第二光束由具有频率的本振供应,将光旗子暗记直接解调到基带，须要一个本振，其频率与载波旗子暗记匹配，并且其相位锁定到输入旗子暗记，信息可以通过幅度、相位或频率调制传输。
用于HR检测的光学零差检测技能，利用相同类型频率旗子暗记的自混频，而光旗子暗记的频率保持不在两个正交臂中，在这种情形下，本振旗子暗记由固定镜M供应，该反射镜M可以反射相同的光旗子暗记。
光学零差检测
本振和调制旗子暗记均在迈克尔逊干涉仪的两个正交臂中得到，光旗子暗记在两个正交臂中传播，并在同一个3dB分路器上组合，在这种情形下，两个光旗子暗记在干涉仪的两个臂中会以相同的路径间隔传播。
因此两个正交臂的总路径差将变为零，两个正交臂中的零路径差，也会导致两个光旗子暗记之间的相位差变为零。
用于心跳丈量的自稠浊零差检测
光学外差检测技能光学外差检测方案由声光调制器（AOM）组成，以产生光频移，声光效应通过声波进入钼酸铅晶体产生。
该声波能引起折射率的变革，这实质上是周期性的，这会产生类似于沿材料移动衍射光栅的效果，可以看到其位点间距即是声波的波长。
它在材料中产生衍射光栅，其间距即是声波波长的数量级，压电换能器用于将声波产生到钼酸铅晶体中。
AOM的构造
与零差检测不同，基波光旗子暗记的频率与本振旗子暗记，由于光跳动，在吸收器处被检测到后，自稠浊光学外差检测技能，就会在干涉仪的测试臂中利用AOM。
利用M–Z干涉仪进行自稠浊外差检测
实验中显示了利用自稠浊外差检测方案检测HR旗子暗记的过程，而马赫-曾德尔干涉仪的测试臂由AOM组成，以是光旗子暗记首先会被射频频率调制交给AOM。
该旗子暗记通过来自测试工具的胸壁的反射进行另一种调制，胸壁振动是由于心率频率胸壁反射后的光旗子暗记频率。
基波光旗子暗记通过干涉仪的参考臂，它和生物调制光旗子暗记在3dB耦合器上正交组合，在这种情形下，干涉仪的两个臂中的光旗子暗记以相同的路径间隔传播，两个正交臂中的总路径差变为零。
两个正交臂中的零路径差，导致两个旗子暗记之间的相位差为零，因此调制旗子暗记的相位，随频率变革与本振旗子暗记的频率匹配，并且两个光束的相位都会被锁定。
与人体测试工具的自稠浊外差检测
利用自稠浊光学零差技能进行心率检测的实验纳米薄膜反射器可用于反射激光旗子暗记，将这些反射器安装在测试工具的手腕和胸壁上，其质量可以忽略不计，并且薄膜反射器的振动频率与心脏频率相同，而薄膜反射器是采取金溅射和铝溅射技能制备的。
（a）二氧化硅基材上的金沉积工艺;（b）手腕位置的薄膜反射器。
激光束通过分束器分成两部分，一束射向固定镜，而另一束射向固定在人体手腕或胸壁上的薄膜反射器，再由反射镜反射后，两束光束将在同一分束器上结合。
对付光拍旗子暗记的去噪，可以利用功率为10mW的半导体激光管，因此不须要分外的安全方法，由于它即便在低功率水平下，哪怕是10m的事情间隔，也是完备可行的。
利用光学零差技能进行心率检测
自稠浊光学外差技能心率检测实验RF旗子暗记源用于调制实际激光束的参考频率，RF旗子暗记发生器调谐则给予AOM的激光束，并以各种频率范围对其进行调制。
此外RF放大器与RF发生器串联，以供应高增益，之以是须要RF放大器，是由于AOM须要至少25dBm的RF功率作为输入，才能供应调制，而利用RF放大器可以得到32dB的最大增益。
（a）AOM的事情;（b）从AOM调制激光后不雅观察高阶模式
光旗子暗记的一部分在由AOM组成的干涉仪的测试臂中传播，而另一部分光旗子暗记在干涉仪的参考臂中传播，在通过受试者反射的生物调制光旗子暗记与测试臂等分束器的AOM调制光旗子暗记相结合。
测试臂和参考臂的光拍旗子暗记在3dB耦合器上得到，在人体皮肤上进行光学外差检测的丈量程序，与光学外差检测装置的丈量程序相同。
（a）光学外差探测的实验装置;（b）丈量人体手腕位置
记录振动心电图和心电图旗子暗记将非打仗式光学检测方法，与现有的打仗式丈量方法（如ECG）进行比较同样主要。
市售AD8232芯片专为超低功耗运用而设计，可用作打仗式传感器，用于结果比较，其精度超过96%。
它具有采集、放大和过滤生物电势旗子暗记的能力，该芯片能够肃清运动伪影和电极半电池电位，从AD8232模块得到的输出，由微掌握器处理，并且标准PQRST波形旗子暗记便是用它得到的。
对付体力花费的心率丈量，测试工具将会被哀求，在丈量提高行过度的身体活动，例如爬楼梯或磨炼，体力花费会导致测试工具丈量中的伪影，而这些伪影基本上与高呼吸率有关。
心电图和VCG旗子暗记每分钟72次心跳
这将会导致胸壁运动的快速变革，而胸壁的频繁运动，则会导致VCG旗子暗记基线的移动，与呼吸干系的运动伪影，将始终以基线漂移的形式，存在于心率旗子暗记中，而基线漂移则可以通过去噪和去趋势来肃清。
针对不同心率值得到的VCG旗子暗记：VCG1，72bpm;VCG2，90bpm;VCG3，102bpm
VCG中的特色提取及其与ECG的映射富含氧气的血液从肺部返回，并流入心脏的左上心房，缺氧血液从身体其他部位返回，并流入右心房，旁边心房都充满了血液，这是右心房的窦房结（SA）会产生小的电脉冲。
紧缩期和舒张期分别是与心脏紧缩和松弛期干系的两个过程，电脉冲会引起心脏紧缩，因此机器振动在通过光学传感技能，在皮肤上检测到旗子暗记之前，开始并通过不同的组织层传播，
影响振动旗子暗记的成分是电脉冲的韶光和振幅特性，以及心脏的机器反应，这些成分取决于特定特色，例如体重指数（BMI）和疾病的病史。
将心脏的电活动与其机器反应映射很主要，由于它供应了有关心脏活动的有用信息。
心电图P波的映射和1VCG的浪潮
在PR间期期间，电脉冲从心房移动到心室，心电图中的PR间期，持续韶光约为120-200毫秒，心室的紧缩产生在VCG图中可不雅观察到的振动模式中。
当心室紧缩时，会产生关键的负偏转，可所以以区分出心跳和心跳低落，以及心房紧缩导致的正偏转。
射频发生器和放大器的规格
ECG中的PR间期映射到第一个局部最小值之间的间隔1，以及VCG旗子暗记的第二次过零。
在振动心动图旗子暗记中，心电图中的点Q对应于第一个局部最大值的点1，而心电图中最小S的点，对应于第二个局部最小值的点2。
ECG中的R波对应于VCG旗子暗记的过零，而过零点是位于1和2，它恰好位于VCG旗子暗记的第一最大值和第二个最小值的中央。
心电图QRS波群的映射和12VCG的复合体
QRS旗子暗记的总持续韶光，代表心室的去极化，在此期间胸壁振动从最大值到最小值，显著降落。
T波代表心室复极，它表现为QRS复合体之后的小波浪，而ST段从S波的末端开始，到T波的开始结束。
ST段是一条等电线，代表心室去极化和复极化之间的韶光，在心电图中的T波对应于2VCG的波。
被测受试者的特色
结论
通过探究光学零差和光学外差检测的新设计，以及光学零差技能由大略设置的组成，还有光学外差技能所利用的繁芜光学元件。
例如AOM，光学零差检测利用基波光旗子暗记的直接调制，而光外差检测技能利用光旗子暗记的高阶模式的调制。
光程颠簸是光学零差检测的紧张问题，与光程长度差干系的相位颠簸，在零差设置中变革很小，这个问题可以通过光外差检测来办理，由于本振的频率不即是光外差检测中的旗子暗记频率。
与光学零差检测比较，光学外差检测具有更高的结果精度，这是由于在零差设置中，路径长度差异的变革非常有限。
然而从零差方法得到的结果显示，外差设置和ECG设置的结果偏差要小得多，丈量心脏周期的结果偏差小于3ms，HR丈量结果偏差小于0.5bpm。
零差和外差检测技能都可用于精确丈量HR和HRV，并且零差和外差检测的实验结果与打仗式丈量方法（如ECG）相称，结果与ECG丈量的偏差值小于1%。
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小生在此谢过了！
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