偏振光提升了所有肤色可穿戴健康传感器的准确性

光电容压记法（PPG）是一种光学传感技术，用于测量血容量变化，支持从医院级脉搏血氧仪到追踪心率、睡眠和氧气的消费级可穿戴设备。

尽管PPG被广泛使用，但PPG的准确性因个体而异，尤其是肤色差异较大。深色皮肤含有更多黑色素，黑色素会吸收并散射光线，常常导致读数不够可靠。这种差异与黑色素较多人群血氧测量的不准确性有关。

当前挑战与新研究

大多数提升PPG准确度的努力依赖基于软件的解决方案，如高级滤波或机器学习，以清理因运动或传感器接触不良引起的噪声信号。然而，这些方法基于低质量数据，而非解决根本原因：光与组织的相互作用。

在发表在《生物光子学发现》上的一项研究中，布朗大学的研究人员引入了一种新方法，直接针对光-组织相互作用水平的PPG信号质量。

新传感器的工作原理

团队开发了一种可穿戴的偏振敏感PPG传感器，利用光场的方向来优先接收来自深层血管的信号，而非富含黑色素的表层。该装置将光分为两个通道：一个用于检测共偏振光（与入射光束平行），另一个用于检测交叉偏振光（垂直方向）。这种设计有助于过滤表层散射，捕捉更深层组织的更强信号。

在代表浅色、中色和棕色肤色的志愿者测试中，交叉偏振条件在红（655纳米）和红外（940纳米）波段均持续产生更高的灌注指数（PI）值——信号强度的衡量指标。在红波段的深色皮肤上，这种改善最为明显。

对未来PPG技术的影响

虽然作者提醒，这些结果还处于初步阶段，并指出将开展更大规模的研究，但该方法有望减少基于PPG技术的偏见，为更具包容性的医疗和消费可穿戴设备奠定基础。

资深作者Kimani C. Toussaint Jr.表示：“大多数PPG设备都专注于数字信号处理算法的创新，”相反，作为光学研究者，我们关注的是通过光本身工程能实现的效果;我们认为我们正在触及表面，这是一种可能成为获得更高质量PPG信号的新方法，更准确。”

更多信息：Rutendo Jakachira 等，《偏振感应双波长可穿戴光电容积刻记传感器在多种肤色下的评估》，《生物光子学发现》（2025）。DOI：10.1117/1.bios.3.1.012509

由SPIE提供 

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