如何看到自己的心率變異?

文章來源: 蔡麗雲 博士

Eureka 舒壓儀測量技術簡介

心率或叫心跳，是指連續兩次心跳之間的時間間隔，以每分鐘心跳次數 (beats per minute，BPM) 表示。這個心率值會隨著時間不斷變化，產生有快有慢的微小差異。這種隨著時間不斷變化的現象稱為心率變異 (Heart Rate Variation，HRV)，主要受人體自律神經系統所控制。

既然是心跳的時間間隔變化，當然是量測心電圖 (Electrocardiogram，ECG) 最直接了，再由心電圖的RR 間隔取得心率值，進而分析心率變異。但除了ECG，是否還有其他更方便且適合一般人操作的量測方法呢? 由於要獲得 HRV 的資料，並不需要分析整個心電圖的細節，只要能取得心跳的時間間隔，就能由此間隔的變化分析而得到。在1996 年，Nakajima 利用數位濾波的技術，從光體積掃描圖 (photoplethysmogram， PPG) 的訊號中得到心率，結果發現由PPG 訊號得到的心率和由ECG 訊號得到的心率相關度為0.99。因此使用方便、簡單、 低成本的PPG便成了目前最常用來測量HRV的一種方法。

PPG原理

當光線穿透身體組織時，受到肌肉組織、血液吸收與散射而削弱。所以心臟打出血液輸送到血管時，身體末梢微血管因血液增加而發生微量體積變化。透過LED光源照射並檢測光強度，光接收訊號便會隨心跳所造成的末梢微量體積變化而改變，此即為光體積掃描圖 (Photoplethysmography) 原理，簡稱PPG。常見的PPG形式有下列兩種形式，穿透式: 例如 血氧計、eureka 舒壓儀；反射式: 例如 心率錶。

Eureka 舒壓儀的PPG訊號來自耳垂的血管

當光線穿透肌肉組織時，會被血液中的血紅素吸收，造成光強度衰減，再利用光偵測器將光強度轉換成電壓訊號，就得到PPG訊號。

Eureka 舒壓儀所提供的PPG訊號分析
如下圖所示，兩個連續的收縮峰之間的距離被稱為Peak to Peak interval (峰 – 峰間隔)。

PPG中的Peak to Peak interval 與ECG中的R-R interval有密切相關，因為它們都代表完整的心跳週期。目前已經有大量研究證實PPG的Peak to Peak interval可用來計算心率。

參考文獻

1. Akl, T. J., Wilson, M. A., Ericson, M. N., & Cote, G. L. (2014). Quantifying tissue mechanical properties using photoplethysmography. Biomed Opt Express, 5(7), 2362-2375. doi:10.1364/BOE.5.002362
2. Elgendi, M. (2012). On the Analysis of Fingertip Photoplethysmogram Signals. Current Cardiology Reviews, 8(1), 14-25. doi:10.2174/157340312801215782
3. Nakajima K., T. T., Miike H. (1996). Monitoring of heart and respiratory rates by photoplethysmography using a digital filtering technique. Med. Eng. Phys., 18(5), 365-372.