由wikipedia來看,這個字的plethysmos來自希臘,有填滿、變大的意思。即為用光偵測體積增加的情形並描繪出來。
就如同我們透過一杯果汁看光源,當杯子的體積越大,裝的果汁越多,能夠透過的光線就越少。同樣的道理,如果站在跟光源同側去看果汁反射的光量,當果汁越大杯,反射的光就會越多。
在這篇論文的研究結果,可以看到大約從510nm到900nm左右的波長光線都有相對高的反射比例,所以如果是作為偵測反射的光線,大概從綠光(~560nm),到近紅外(~810nm),都可能被使用。
而又由於波長越長的紅外線或紅光能穿透到皮膚更深層的地方(可以從這篇看到一些圖表),所以
也會使用紅光或紅外光作為穿透式的PPG使用。另外,由於血紅素和氧合血紅素在紅光與紅外光下有不同的吸收量,所以也能夠使用這兩種光源產生的結果來偵測血氧,這更細的介紹可以看看李永樂老師的影片。
那麼PPG除了測脈搏、血氧之外還能做什麼應用呢?
用途可多呢,它可以測血壓,這應用到了另外兩個參數,分別是pulse arrival time (PAT) 和 pulse transition time (PTT) 。從這篇文章中的圖來看,若是我有一個ECG的訊號可以得知心臟搏動的時間點,再用PPG的訊號得知心臟搏動的訊號,取得兩點的時間差,那就是PAT。而PTT則是取得兩PPG訊號的時間差,例如一個在手臂一個在腕部,或是一個在手一個在腳。PAT或PTT的和血壓有相關性,血壓越高,則時間差越小。
PAT或是PTT其實就像是要測跑者速度,PAT就是測量跑者從起點到終點的時間,PTT就是分別在跑道1/2和3/4的地方測量時間。
除了使用不同偵測器分別感應不同位置外,在這篇論文甚至提出了另一種方式,是使用同一個偵測器,但同時具有RGB不同光源,由於不同光源能穿透的皮膚深度不同,所以像藍光就是照射到表皮微血管,而IR則是穿透到動脈的微血管。藉由分析不同光源的結果,也可以對應到血壓。
PPG也可以用來測量自律神經活性、血管狀況,甚至可以用來與中醫的脈做對應。這幾個我留在後面幾篇文章慢慢說,因為是可以自己實作程式出來玩的。也就是我會花幾篇文章篇幅整理與介紹我知道的PPG應用。
想要一起玩PPG,就是準備如我這篇提到的脈搏感應器,然後再來片microbit或是arduino就行了。