從第一代Apple Watch開始，就已經(jīng)有了監(jiān)測用戶心率的功能，在這項功能上，蘋果采用了光電式測量技術。
與電極式測量相比，光電式測量可以單手操作，不需要像電極式方式那樣需兩個觸點也即雙手來檢測數(shù)據(jù)，這樣可以實現(xiàn)主動讀取數(shù)據(jù)和遠程讀取數(shù)據(jù)，更適合于配合云端大數(shù)據(jù)的服務。這也是它被廣泛應用于可穿戴設備上的原因。
看似受追捧的技術，實則面臨著許多問題。
主要問題
在活動中利用光電式測量心率必須克服五個對準確性產(chǎn)生影響的基礎性問題：
1、光線干擾
2、膚色
3、交叉問題
4、傳感器在人體上的位置
5、低灌注
下面我們來具體看一下這五個方面的具體問題。
光線干擾
事實上，光電式心率測量設備最大的技術障礙是如何將生物特征信號從干擾中分離出來，特別是運動干擾。不幸的是，當把光線射入一個人的皮膚時，只有一小部分光量子返回給傳感器，并且收集的所有光量子，只有百分之一或千分之一是由心臟收縮的血流量調(diào)節(jié)的，剩下的都分散在非搏動性生理物質(zhì)上，例如皮膚、肌肉、肌腱等等。因此，當這些非搏動性生理物質(zhì)四處移動，比如在鍛煉或者日常生活活動中，由此導致的光線隨著時間變化運動躁動分散是很難從光線隨著真實血流量的分散中區(qū)分出來的。周圍光線干擾還加劇這個問題的嚴重性，比如隨著時間的變化，太陽光的干擾可以完全滲透到光電探測器中，甚至創(chuàng)造出近似生理性質(zhì)的脈動信號。
膚色
人類擁有非常多種不同的漂亮膚色，多到以至于菲氏量表為膚色數(shù)值分類和對紫外線的反應而提供了7個類型的標準。不同的膚色對光的吸收是不同的，因此每一種膚色的特點在于都有不同的吸光圖譜。那么，這意味著光電式心率測量設備傳感器捕獲的光的強度和波長是取決于穿戴傳感器的人的膚色的。例如，深色皮膚吸收綠色光較多，這也表明了為什么大多數(shù)設備采用綠色LED作為光線發(fā)射器，限制了透過深色皮膚準確測量心率的能力的問題。這同樣暴露出透過紋身的皮膚測量心率的問題，這也是蘋果被人們詬病的“紋身門”，手腕有紋身的蘋果手表用戶發(fā)現(xiàn)顯示屏上的數(shù)據(jù)顯示非常微弱，甚至沒有。
交叉問題
光電式心率監(jiān)測器存在由于周期性活動期間的運動而產(chǎn)生的交叉干擾方面的問題，這個問題面臨的最大的挑戰(zhàn)是這種活動帶來持續(xù)性的相同重復的動作。這點在記錄慢跑和跑步期間的步伐頻率時最常見，因為這些數(shù)據(jù)通常與心跳頻率（140-180下／步數(shù)每分鐘）處于同一個基本區(qū)間里。許多光電式心率監(jiān)測設備面臨的這個問題使得運算法則很容易將通過光電監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入的步伐速率錯誤解讀成心率。這就是為人所知的“交叉問題”，因為在圖表上查看這些數(shù)據(jù)時，當心率和步伐速率發(fā)生重疊，許多光電式心率監(jiān)測設備傾向于鎖定步伐速率并將其顯示為心率，盡管心率可能會在重疊后發(fā)生巨大改變。這個交叉干擾的問題在蘋果表上體現(xiàn)很明顯。
傳感器在人體上的位置
設備在人體上使用時面臨的獨有的挑戰(zhàn)是位置的不同會導致測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生顯著的區(qū)別。最主要集中在三個部位：
1、耳朵－－在音頻耳塞里
2、胳膊－－在上臂臂章上部或者下臂上
3、手腕－－在智能手表或者運動追蹤器上
事實表明，腕部是最不能做到精確測量的部位之一。因為這個區(qū)域（肌肉、肌腱、骨頭等等）會產(chǎn)生更高的光線干擾，并且血管結構有高度的變異性。前臂部位被認為是更好的選擇，因為在那里的皮膚表面有更高的血管密度。然而，對于光電式心率監(jiān)測設備來說，耳朵是至今為止被認為最佳的部位。因為那里只有軟骨和毛細血管，即使身體在運動也不會移動太多，因此大大減少了必須被過濾的光線的干擾。特別是，密集的動脈集合存在于抗耳屏耳和外耳之間。
低灌注
灌注是身體將血液運送到毛細血管床的過程。在膚色上，不同種族之間灌注的水平是有極大差別的，像肥胖、糖尿病、心臟疾病和動脈疾病等問題都會降低血液灌注水平。低水平灌注，特別是在四肢上，會對光電式心率監(jiān)測設備形成挑戰(zhàn)，因為信號和干擾的比率可能會大幅降低，低水平灌注和低水平的血流信號是相關聯(lián)的。不幸的是，低水平灌注在當今社會太常見了。所以，這也是一個很大的問題。幸運的是，在大多數(shù)由于低水平灌注導致光電式心率監(jiān)測設備失敗的案例中，心臟信號會在幾分鐘的熱身后重新恢復，即開始動脈血流流入毛細血管和小動脈的新循環(huán)。
以上這五個挑戰(zhàn)是大多數(shù)光電式心率監(jiān)測設備所面臨的，當然和傳感器相關的問題例如電池壽命不包含在本次的討論之中，但是也是值得注意的。還好，這些問題已經(jīng)引起了研發(fā)者們的注意。
