運動手環如何測量心率？光體積描記技術大解密

近年來，心率監測已成為運動愛好者的必備功能，無論是戶外運動手錶還是低調的智慧戒指，這些穿戴裝置都能透過偵測心跳，幫助你瞭解運動強度、睡眠品質，甚至日常壓力狀況。更進階的運動手環還能利用機器學習，根據長期健康資料變化提供個人化運動建議，對於耐力型運動員來說更是不可或缺的訓練輔助工具。但這些裝置究竟如何測量心率？其準確度又如何？讓我們一探究竟。

大多數運動手環和智慧戒指都採用一種名為「光體積描記技術」(Photoplethysmography, PPG)的技術。雖然聽起來很複雜，但這項技術的原理其實相當簡單：利用光線對人體組織的吸收特性來進行測量。丹麥奧爾堡大學心臟病學教授Peter Sogaard博士解釋，PPG技術透過光學感測器，偵測皮膚下微小血管中血流量的變化來測量心率。

每次心跳時，心肌收縮將血液推送至全身，稱為心臟收縮期；而心肌放鬆時，血流量減少，稱為心臟舒張期。PPG感測器正是透過測量這些血流量和脈搏壓力的變化，將其轉換為心率資料。具體來說，PPG感測器會發射特定波長的光線到皮膚中，血液中的血紅蛋白會吸收部分光線，感測器則測量反射回來的光線量。血液吸收的光線越多，表示血管中的血流量越大，這就是運動手環判斷心跳的依據。

目前最常用的光源是紅外線和綠光LED，因為這些波長的光線最能有效穿透皮膚組織。根據2022年發表於《生理學前沿》的研究顯示，PPG的準確度會隨著光波長的增加而提高，有些光學感測器甚至會結合多種波長來提升準確度。

然而，PPG技術在實際應用中的準確度仍存在一些限制。邁阿密浸信會健康心臟血管研究所的心胸外科醫生Masaki Nakamura博士指出，多種因素可能影響PPG的準確性，包括裝置佩戴位置、體溫、皮膚厚度、運動幹擾，以及心律不整等心血管疾病。2020年發表於《運動科學期刊》的統合分析顯示，PPG在休息和睡眠時的心率測量較為可靠，但在重量訓練、騎腳踏車等高強度運動時，與更精確的心電圖(ECG)和胸帶式心率監測器相比，仍存在較大差異。

此外，皮膚接觸狀況也是影響PPG測量的重要因素。裝置過鬆或過緊都會影響光學感測器的讀取效果，皮膚溫度過低也會導致血管收縮，影響測量準確度。2023年發表於《種族與民族健康差異期刊》的研究指出，光學感測器在測量深色膚色或有刺青者的心率時可能面臨挑戰，因為黑色素和刺青墨水都會吸收光線，減少反射回感測器的光量。2021年發表於《生物感測器》期刊的研究也顯示，肥胖者可能較難獲得準確的心率測量，因為過多的體脂肪會改變皮膚厚度和血流狀況。

儘管存在這些限制，PPG運動手環對於某些心血管疾病患者的心率監測仍具有重要價值。Nakamura博士強調，持續的心率和血壓監測對於預防心臟病發作、中風或急性心衰竭等事件至關重要。然而，專家們也一致認為，PPG心率讀數不應取代醫療專業人員進行的臨床驗證測試。

這篇文章僅供參考，不應被視為醫療建議。在使用任何健康監測裝置時，建議仍應諮詢專業醫療人員，以確保獲得最準確的健康評估。