- 文献综述（或调研报告）：
摘要：本文在阅读文献，参考设计的基础上，总结归纳现有的光电容积脉搏波的测量和处理方法，并对可穿戴设备测量心率的背景和现状做了研究和总结；之后对于PPG信号进行成分研究，并对运动状态下的噪声——运动伪影进行了分析；最后对现阶段对运动伪影的识别与去除进行了总结。
关键词：可穿戴智能手环; 心率; 运动伪影; 光电容积脉搏波描记法
- 可穿戴装备测量心率的背景与现状
心率不仅是运动中极其重要的一项指标，也是作为判断人体心血管系统健康与否的重要依据。人们在通过运动强壮自己身体的同时，也可能会面临着运动对健康造成危害的风险。近年来，运动中或运动后死亡的案例时有发生，运动性猝死的问题，引发了社会的广泛关注， 人们开始思考在运动这一特殊身体状态下人体可能承担的健康风险。人体脉搏包含丰富的与心血管有关的生理病理信息，其波形幅值、周期、形状都可作为判断人体心血管系统健康与否的重要依据。随着可穿戴设备的发展和电子科学技术在医学领域的广泛运用，人们越来越不满足在限定时间、地点并且限制生理活动的条件下获得自身健康信息，而更倾向于自由、灵活、连续和实时地监测自身健康状态[1]。心率测量是医学检查的必查项目之一，是反映血液循环机能的重要生理指标，对其进行长时间准确的记录有着重要的医学意义[2]。
心率是指人体心脏每分钟跳动的次数，其值因人而异，并且即使是同一个人在不同状态下，其值也不尽相同，通常，在安静或睡眠状态时心率较慢，运动、情绪焦虑或病情发作时心率过快，正常成年人心率值在75次/分左右。目前心率测量方法主要分为三种[4]：一是通过压力传感器测到的波动来计算脉率，往往和测血压连用；二是从心电图中提取相邻R波波峰间隙；三是采用光电容积脉搏波描记法。前两种方法成本高、体积大、佩戴不便，长时间使用会增加使用者生理和心理上的不舒适感。而光电容积法具有测量方法简单、佩戴方便、可靠性高等特点，是目前广泛采用的方法[1-2]。基于PPG的穿戴心率检测系统成本较低，普遍应用于可穿戴智能手环心率检测，但易受干扰，测量精度有待提高[4,5]。
智能手环和手表优点是佩戴方便，和智能手机结合密切。目前智能手环实时心率监测的精度仍需改进，在实际使用中，即使在静止状态下很多手环也经常会出现测试失败的情况，而且在监测运动心率时出现误差较大的情况也是屡见不鲜。虽然存在精度上的问题，但是可穿戴设备首先要保证的是穿戴方便、舒适，手环比心率带有更好的用户佩戴体验。因此，用智能手环与PPG信号的组合来实现日常和运动心率估计更具有普遍意义[6]。
- 运动状态下PPG信号的研究
PPG信号由直流（DC）和交流（AC）分量组成，AC分量代表动脉的变化心动周期的收缩期和舒张期之间的血容量。 DC分量对应于从组织，静脉血和动脉血的非搏动分量中检测到的光强度[7,8]。当前，光电容积脉搏波（Photo Plethysmo Graphy， PPG）的检测方法主要分为反射式和透射式。近期，有研究分析了绿光作为光源测量PPG的特性，发现与红外光和红光相比较，绿光受皮下组织的干扰更小，获取的PPG波形更加完整[1]。
但是运动PPG信号易受到噪声的影响，这些噪声会大大降低心率监测的准确性。运动PPG信号中的噪声主要源自[9]: 环境光、基线漂移、工频干扰和运动伪影。
上述噪声的去除途径有以下三种：
(1)硬件设计层面去除噪声：对于非接触式的PPG信号采集，由于光敏元件没有工作在密闭的环境中，因此环境光可能会干扰PPG信号。 对于环境光的影响，可以通过改进探头结构等技术改善。这一部分噪声会对运动PPG信号的心率估计造成较大影响，但是在硬件层面完全能够解决这一问题。
(2)带通滤波器去除噪声：工频干扰会使得运动PPG信号的时域波形中出现很多毛刺。 这种噪声主要存在高频， 通常采用低通滤波器或陷波器就可以完全消除。基线漂移通常是由呼吸导致，通过低通滤波器就可以被去除。
