摘要：当你晨跑时，手腕上的智能手环实时跳动着心率数字；当你熬夜后，血氧仪夹在指尖，几秒钟就测出身体是否缺氧 —— 这些常见的健康监测场景，背后都藏着同一种 “黑科技”：PPG 技术。它没有针头、不用贴电极，仅凭一束光就能 “看透” 血管搏动，今天我们就来揭开它的神秘
当你晨跑时，手腕上的智能手环实时跳动着心率数字；当你熬夜后，血氧仪夹在指尖，几秒钟就测出身体是否缺氧 —— 这些常见的健康监测场景，背后都藏着同一种 “黑科技”：PPG 技术。它没有针头、不用贴电极，仅凭一束光就能 “看透” 血管搏动，今天我们就来揭开它的神秘面纱。
PPG，全称 “光电容积脉搏波描记法”，名字听起来很复杂，其实核心原理特别简单：用光 “追踪” 血液的流动变化。
你可以把它想象成一场 “捉迷藏”：设备里的小灯泡（光源）是 “寻找者”，发射特定颜色的光；血管里的血液是 “被寻找者”，会吸收一部分光；而设备里的 “光敏探测器”，就是观察 “光有没有被血液藏起来” 的 “裁判”。
当心脏跳动时，血管会像松紧带一样 “收缩 - 舒张”：收缩时血液变多，藏起来的光就多，探测器看到的光就少；舒张时血液变少，藏起来的光就少，探测器看到的光就多。这种 “光多 - 光少” 的周期性变化，就是 PPG 技术捕捉到的 “脉搏信号”，再通过算法换算，就能得到心率、血氧等数据。
就像做饭需要锅碗瓢盆，PPG 监测也离不开三个核心部件，它们各司其职，缺一不可 ——
不是所有光都能 “看穿” 血液，PPG 会根据监测目标，选择特定波长的光：
测心率：偏爱绿光（约 500-600nm）。因为绿光对血液中的血红蛋白特别敏感，而且皮肤、毛发对绿光的干扰小，哪怕你是深色皮肤，也能准确捕捉信号，所以智能手环、手表大多用绿光。测血氧：必须 “红光 + 红外光” 组合（红光约 660nm，红外光约 940nm）。原因很简单：血液里的 “含氧血红蛋白” 和 “去氧血红蛋白”，对这两种光的 “躲藏能力” 不一样 —— 去氧血红蛋白更爱 “藏” 红光，含氧血红蛋白更爱 “藏” 红外光。通过对比两种光的 “被藏程度”，就能算出血氧饱和度（比如 98%，就说明血液里大部分是含氧血红蛋白）。光的 “多与少” 是看不见的，这时候就需要探测器出马。它就像一个 “信号转换器”，能把接收到的光强变化，变成微弱的电流或电压变化（比如光少的时候，电流变小；光多的时候，电流变大）。
不过这个电信号非常弱，就像蚊子叫一样容易被杂音掩盖，所以还需要一个 “放大器”（比如很多设备里的 “模拟前端 AFE”），把信号放大，再过滤掉呼吸、手抖带来的干扰 —— 这一步，就是为了让后续的 “计算” 更准确。
放大后的电信号还是 “连续的波形”，需要通过 “AD 转换器”（模拟信号转数字信号），变成电脑能读懂的 “数字样本”（比如之前提到的 “21 位数字样本”），再存储到设备的寄存器里。
最后，算法会对这些数字进行分析：比如找出血氧信号的 “波峰”（每次心脏收缩的最高点），计算两个波峰之间的时间间隔（比如 1 秒），再用 “60÷ 间隔时间”，就能算出心率（60 次 / 分）；而血氧，则是通过红光和红外光的信号比例，代入公式算出来的。
我们以智能手环测心率为例，看看 PPG 的完整工作流程有多快：
0.01 秒：光源发光：手环背面的绿光 LED 亮起，光穿透皮肤，直达皮下毛细血管。0.02 秒：光被血液 “筛选”：心脏收缩，血管里血液变多，绿光被吸收得多，探测器接收到的光变少；心脏舒张，血液变少，光被吸收得少，探测器接收到的光变多 —— 光强开始 “波动”。0.05 秒：信号转换与放大：探测器把光的波动变成电信号，经过 AFE 放大、滤波，去掉手抖带来的干扰。0.08 秒：数字转换与存储：AD 转换器把电信号变成数字样本，存进寄存器（比如一次存 8 个样本，确保数据够全）。0.1 秒：算出心率：算法分析数字样本，找到波峰间隔，换算出心率，显示在手环屏幕上。整个过程不到 0.1 秒，比你眨一下眼睛还快，所以我们才能看到 “实时心率”。
PPG 技术因为 “无创、小巧、省电” 的优点，已经渗透到我们生活的方方面面：
消费电子：智能手环、手表（测心率、睡眠呼吸）、智能眼镜（运动时监测血氧）；医疗设备：指夹式血氧仪（医院、家庭常备）、动态心电监测仪（长期跟踪心率异常）、新生儿血氧监测仪（避免宝宝缺氧）；运动场景：专业运动手表（比如跑步时提醒 “心率过高，该减速了”）、骑行头盔（内置 PPG 模块，不用戴手环也能监测）。五、注意！PPG 不是 “万能的”，这些情况会影响 accuracy虽然 PPG 很方便，但它也有 “小脾气”，遇到以下情况，数据可能不准：
运动幅度大：比如跑步、跳绳时，手腕晃动会干扰光的传播，导致心率显示偏高或偏低（现在很多设备会用 “运动补偿算法” 减少干扰，但剧烈运动时仍需谨慎）；皮肤状态差：比如手指脱皮、手腕出汗，会让光的穿透率变低；深色皮肤的人，因为皮肤色素会吸收一部分光，可能需要设备调整光强才能准确监测；外界强光干扰：比如在太阳直射下，阳光会 “淹没” 设备发出的光，探测器分不清是阳光还是设备的光，数据就会出错；佩戴方式不对：手环戴太松，光源和皮肤之间有缝隙，光会漏出去；戴太紧，会压迫血管，导致血液流动不畅，信号变弱。所以用 PPG 设备时，尽量保持安静、皮肤干燥，佩戴松紧适中，这样得到的数据才更可靠。
如今的 PPG 技术，已经不满足于只测心率和血氧了。科学家正在研究用它监测血压（通过分析脉搏波的传播速度）、血糖（通过特定波长光的吸收变化），甚至早期识别心血管疾病（通过脉搏波的形态异常）。
或许未来某一天，你的智能手环不仅能告诉你 “心率多少”，还能提醒你 “最近血管弹性下降，该多运动了”—— 而这一切，都始于 “光与血液的那场游戏”。
来源：老司机加油站
