目录

1 ECG方法

2 PPG方法

3 械/振动信号

4 其他

心率变异性（Heart Rate Variability, HRV）是指逐次心跳 RR 间期的时间差异及其变化规律，反映心脏自主神经（交感/副交感）对窦房结的调控，以及体液、压力反射、呼吸等多因素的综合影响。

HRV 的核心价值是定量评估心脏自主神经功能，与心血管预后、应激、心理状态、疲劳等密切相关。HRV的分析的前提就是能准确识别每一次心跳，关于心率（或脉率）的识别有多种方式，这里介绍一下进行HRV分析的信号获取方法。

1 ECG方法

心电图（ECG）是测量心率变异性（HRV）的金标准，因为它直接测量心电 R-R 间期，能直接反映心脏的电活动。

1. 心电监护仪

心电监护仪通过粘贴在胸部的 Ag/AgCl 电极，使用 3导、5 导或 12 导联线记录心脏除极/复极过程中的体表电位变化。心电监护仪一般只需要 1-2 个导联（如 II 导联）即可清晰识别 QRS 波，能精确标定 R 波峰，进一步得到R-R 间期（NN 间期）。

通过心电监护仪获取心电数据是HRV分析的参考方法。心电波形信息丰富，可同步分析心律失常、ST 段改变等；心电信号质量也高，都是在静卧、稳定状态下测量的，运动伪差相对比较小。但是，心电监护仪多是医院内使用，需要贴电极、连接线缆，需要专业环境与人员，不适合日常生活的长时程监测；长时间佩戴会限制活动，舒适度也差，还可能出现皮肤过敏、电极脱落；使用的设备成本也高。

2. 动态心电（Holter）

Holter 动态心电记录仪种类非常丰富，传统的动态心电仪多为“盒式”，类似于心电监护仪，也需要多根导联线连接到贴在胸部的电极片，只不过更为便捷，且可连续记录 24–48 小时ECG 数据。

动态心电监测仪可以记录24小时以上的自然活动或睡眠状态下的心电数据，适合长时程 HRV 与昼夜节律分析，而且仍以 ECG 为基础，HRV 指标与金标准一致，适合临床研究。但同时也会有类似的问题，需要贴胸部电极，佩戴可能不适，活动受限，出汗、运动时伪差增加；获取的数据量巨大，需后续人工或自动分析心律失常和伪差，成本较高。

3. 胸带式心电传感器

胸带式心电传感器采用胸前单导联心电图技术，在织物胸带内嵌 2–3 个电极，紧贴胸部，测量两点之间的电位差，当心电波形中的 QRS 波群（特别是 R 波）经过时，电位差发生剧烈变化，再通过蓝牙输出 R-R 间期数据或 ECG 波形。胸带式心电传感器的续航时间较长，可达几百小时，常用于运动科研、职业健康监测等。

胸带式心电传感器适合动态场景如跑步、骑行等运动中的 HR 和 HRV 监测，但仍然需要佩戴胸带，长时间可能舒适度不如手表或戒指，运动出汗、皮肤干燥或佩戴位置不当都可能会影响信号质量。

4. 贴片式长时程 ECG

贴片式长时程 ECG 使用单次粘贴的柔性贴片，柔性贴片内置电极和存储/无线模块，相当于传统Holter测量盒的集成便携版，多数为单导联，可连续记录 7–14 天 ECG。

贴片式长时程 ECG 无导联线，舒适度明显优于传统 Holter，可以长时程监测，适合捕捉心律失常和长时 HRV 变化。但是柔性贴片的成本较高，多为一次性使用，同时柔性贴片需要贴附皮肤，长时间可能引起皮肤刺激。

2 PPG方法

PPG 不是直接记录心电，而是外周血管床的血液容积变化（脉搏波），由此得到脉搏间期（pulse-to-pulse interval, PPI），再计算 HRV，也常被称为 PRV（pulse rate variability）。在静息、良好信号质量条件下，PRV 与 HRV 高度相关，但受脉搏波传导时间、外周血管张力等因素影响，不能简单等同于 HRV。

1. 手表/手环

手表/手环的信号获取是基于反射式光电容积脉搏波（reflectance PPG），设备背面的 LED 向皮肤内发射光（多为绿光，500–570 nm），光电探测器接收从血管床反射回来的光强变化，由于心脏搏动引起微血管血容量周期性变化，反射光强随之波动，从而形成 PPG 波形，再检测波峰/波谷，计算脉搏间期，推算 HRV 等指标。

手表/手环佩戴舒适、无电极，适合日常和睡眠监测，还可进行多日连续监测，适合健康趋势观察。但是，手表/手环的精度总体不及 ECG，在运动、上肢活动、肤色较深人群中误差明显增大；运动伪差严重，在一些非规律性上肢运动（力量训练、球类等）时，PPG 质量还会受到肤色、环境光、温度、佩戴松紧等影响。

2. 指尖/指环式

指尖/指环式的PPG 设备包括指尖式脉搏血氧仪和智能戒指，指尖多采用透射式 PPG，光源与探测器分置指尖两侧；指环式多采用反射式 PPG，佩戴在指根。指尖/指环式 PPG 的信号获取与手表/手环类似。

指尖血管床丰富、灌注好，信号质量优于手腕，静息状态下的 HRV 与 ECG 相关性较好，常作为临床脉搏血氧的参考位置；指环形态适合夜间睡眠监测，舒适度较高。但是指尖监测时的手指活动极易引入伪差，不适合运动场景。

3. 耳部/额头式

耳部/额头式的PPG 仍然都是光电容积脉搏波，本质和手腕或指尖 PPG 一样，耳部常用耳垂、外耳道或耳后等位置，多数为反射式 PPG，也有少量耳垂透射式，多见于科研和部分消费产品，如智能耳机。额头一般都是反射式 PPG，放在眉毛上方，通过头带/贴片固定。

耳部血供主要来自颈外动脉分支（如颞浅动脉、耳后动脉），以及颈内动脉的分支，微血管丰富，灌注良好，相比手指等外周部位，耳部在低灌注/休克时血流更稳定，不易因外周血管收缩而信号消失。额头血供主要来自颈内动脉分支，灌注丰富，且在低体温、休克等情况下外周血管收缩时，额头灌注相对保持较好，相比手指，额头 PPG 的信号在全身血管收缩时更稳定，因此常用于麻醉、重症监护和新生儿监护。

耳部、额头位置相对稳定，运动时晃动比手腕小，在跑步、骑行等下肢运动为主场景中，信号质量通常优于手腕 PPG，但是咀嚼、说话等下颌运动对耳内信号易造成干扰。

4. 指尖摄像头

指尖摄像头本质上还是光电容积脉搏波，只是把光源和光电探测器换成手机摄像头+闪光灯/屏幕，手指按住手机摄像头，开启闪光灯作为光源，摄像头拍摄指尖区域，通过帧亮度/颜色变化提取血容量脉搏波，形成接触式反射 PPG，再算心率和 HRV。

指尖摄像头测量方式利用手机自带的摄像头和闪光灯/屏幕，无需额外硬件，成本极低；手指直接覆盖光源和探测器，受环境光和运动干扰比非接触式面部 PPG 小，适合偶尔的自我检查或筛查场景。但是在测量时需要需要保持手指稳定，姿势和压力变化会影响信号；测量时间较短，不适合长时程监测；也会受环境光、肤色、视频帧率等因素影响。

5. 面部远程 PPG

利用普通摄像头（手机、电脑、摄像头）记录面部视频，从面部皮肤区域的RGB颜色随时间的微小变化中，分离出与心跳同步的脉搏信号，再计算心率等指标，是一种非接触式远程 PPG，称为视频 PPG（vPPG）或远程 PPG（rPPG）。面部远程 PPG 适合远程医疗、视频问诊、居家自测、心理实验等场景。

面部远程 PPG 完全非接触，无需任何设备接触皮肤；成本极低，只要有摄像头（手机/电脑）即可实现。但是，对光照、表情、头部运动非常敏感，需要受试者相对静止；肤色、化妆、眼镜等也会影响信号质量。

3 机械/振动信号

这类方式不是测电或光，而是测心脏收缩和射血引起的机械振动/反冲。

BCG（心冲击图）：心脏每次向主动脉射血，都会给血液一个向前动量；根据牛顿第三定律，身体会获得一个大小相等、方向相反的反冲动量。通过测量心脏射血时身体受到的反冲力/整体微小运动来测量心跳，典型方式是床垫、称重秤、椅子里的压力传感器或加速度计，人躺在或坐在上面，完全不需要贴电极或戴设备，是一种非接触或高度无感的信号获取方式。

SCG（心振动图/心震图）：通过贴在胸壁（或贴近身体的其他部位）的加速度计/陀螺仪，测量心脏收缩引起的局部胸壁振动，本质上记录的是心脏机械振动传到体表的信号，属于接触但无电极的隐匿式监测。

1. 床垫 BCG

在床垫或坐垫下嵌入压力/压电传感器阵列，记录由心脏射血和呼吸引起的微小振动。通过识别 J 波等特征点，提取 J-J 间期，对应心跳间隔，用于 HRV 分析。

床垫 / 坐垫 BCG方式适合夜间长期监测，完全非接触，无需穿戴，对睡眠干扰小，尤其在养老院、病房等场景。但是对体位变化、翻身、起床等动作非常敏感，不适用于日常活动场景，仅限于静态/卧位。

2. 耳塞/头戴 BCG / SCG

耳塞/头戴设备里的 BCG/SCG 是利用内置 IMU（加速度计+陀螺仪）捕捉头/耳部随心跳的微小振动，再通过算法算出心率和 HRV。

该方式隐匿性强，可集成到日常耳机中，适合日间活动监测。但是头部运动、说话、咀嚼等会引入严重伪差。

3. 鞋垫/扶手/座椅 BCG

鞋垫、扶手或座椅内置压力或加速度传感器，测量心脏射血引起的微小反冲，用于静态坐位/站位下的 HRV 评估。

该方式完全隐匿，无需额外动作，适合办公、驾驶、养老等场景的长期监测。但是仅限静态姿势，行走、跑步时伪差严重。

4 其他

1. 心音（Phonocardiogram, PCG）

用一只贴在胸壁或放在传统听诊部位的麦克风/压力传感器/加速度计，把心脏瓣膜和血流产生的声振动/机械振动变成电信号，得到心音图（PCG）；然后在 PCG 上标出每一次心跳对应的 S1（或 S2）时间点，算出心跳间期（IBI）序列，再做 HRV 分析。

该方式无电/光辐射，成本较低，无电极、对瓣膜和血流信息敏感，适合基层/家庭场景，但是易受受呼吸、环境噪声、胸壁运动影响，标准化程度远不如 ECG。

2. 阻抗心动图（Impedance Cardiography, ICG）

阻抗心动图通过胸部电极施加高频微小电流，测量随心脏搏动和血流变化引起的阻抗变化，主要应用在无创血流动力学监测，可得到心输出量、射血时间等参数，同时也可提取心跳间期用于 HRV。

阻抗心动图可同时评估心脏泵血功能和自主神经调节，但设备复杂、价格高，多出现在医院临床用监护仪，不适合日常 HRV 监测。

3. 超声/微波/雷达等

超声/微波/雷达这类非接触/隐匿式方案，本质上都是不贴电极、甚至不贴任何设备，心脏搏动和呼吸会引起胸壁或颈部皮肤表面的微米~毫米级位移，超声/微波/雷达不接触人体，发射波（声波或电磁波）照射到皮肤表面，接收反射/散射回来的波，通过相位或频率变化反推出微小的位移随时间的变化，从位移信号中分离出心跳成分，得到心跳间期（IBI）序列，再做 HRV。

超声/微波/雷达的方式属于完全非接触，适合特殊场景如烧伤、传染病隔离等，但是该监测设备昂贵，对环境要求高，多处于研究阶段。