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- 偏振光提升了所有膚色可穿戴健康傳感器的準(zhǔn)確性
- 來源：SPIE 發(fā)表于 2025/12/16
光電容壓記法（PPG）是一種光學(xué)傳感技術(shù)，用于測量血容量變化，支持從醫(yī)院級脈搏血氧儀到追蹤心率、睡眠和氧氣的消費級可穿戴設(shè)備。
盡管PPG被廣泛使用，但PPG的準(zhǔn)確性因個體而異，尤其是膚色差異較大。深色皮膚含有更多黑色素，黑色素會吸收并散射光線，常常導(dǎo)致讀數(shù)不夠可靠。這種差異與黑色素較多人群血氧測量的不準(zhǔn)確性有關(guān)。
當(dāng)前挑戰(zhàn)與新研究
大多數(shù)提升PPG準(zhǔn)確度的努力依賴基于軟件的解決方案，如高級濾波或機器學(xué)習(xí)，以清理因運動或傳感器接觸不良引起的噪聲信號。然而，這些方法基于低質(zhì)量數(shù)據(jù)，而非解決根本原因：光與組織的相互作用。
在發(fā)表在《生物光子學(xué)發(fā)現(xiàn)》上的一項研究中，布朗大學(xué)的研究人員引入了一種新方法，直接針對光-組織相互作用水平的PPG信號質(zhì)量。
新傳感器的工作原理
團隊開發(fā)了一種可穿戴的偏振敏感PPG傳感器，利用光場的方向來優(yōu)先接收來自深層血管的信號，而非富含黑色素的表層。該裝置將光分為兩個通道：一個用于檢測共偏振光（與入射光束平行），另一個用于檢測交叉偏振光（垂直方向）。這種設(shè)計有助于過濾表層散射，捕捉更深層組織的更強信號。
在代表淺色、中色和棕色膚色的志愿者測試中，交叉偏振條件在紅（655納米）和紅外（940納米）波段均持續(xù)產(chǎn)生更高的灌注指數(shù)（PI）值——信號強度的衡量指標(biāo)。在紅波段的深色皮膚上，這種改善最為明顯。
對未來PPG技術(shù)的影響
雖然作者提醒，這些結(jié)果還處于初步階段，并指出將開展更大規(guī)模的研究，但該方法有望減少基于PPG技術(shù)的偏見，為更具包容性的醫(yī)療和消費可穿戴設(shè)備奠定基礎(chǔ)。
資深作者Kimani C. Toussaint Jr.表示：“大多數(shù)PPG設(shè)備都專注于數(shù)字信號處理算法的創(chuàng)新，”相反，作為光學(xué)研究者，我們關(guān)注的是通過光本身工程能實現(xiàn)的效果;我們認(rèn)為我們正在觸及表面，這是一種可能成為獲得更高質(zhì)量PPG信號的新方法，更準(zhǔn)確�！�
更多信息：Rutendo Jakachira 等，《偏振感應(yīng)雙波長可穿戴光電容積刻記傳感器在多種膚色下的評估》，《生物光子學(xué)發(fā)現(xiàn)》（2025）。DOI：10.1117/1.bios.3.1.012509
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