2. 临床可穿戴传感器与信号类型

可穿戴临床传感系统的第一层工程决策，不是算法，而是“用哪类传感器、采到什么物理量、这个物理量在临床上意味着什么”。同一块腕表或胸带里，往往同时存在光学、电生理、惯性、热学与阻抗五类前端；它们输出的信号在带宽、幅度、噪声机制和运动敏感性上差异极大，直接决定了后续滤波、特征提取与临床解释的边界。理解这些差异，是避免“把运动伪迹当成房颤”“把电极接触不良当成肌电爆发”的前提。

一、光学与电生理：PPG 与 ECG

PPG（光电容积脉搏波）基于朗伯-比尔定律：LED 发射绿光（约 515–530 nm，腕部常用）或红外光（约 660/940 nm，指夹常用），光电二极管接收经皮肤、血液散射后的光强。血容量随心动周期脉动，吸收随之变化，形成交流分量 AC 叠加在直流分量 DC 上。临床意义在于外周灌注与脉搏节律：AC/DC 比值可换算 SpO₂，脉搏波传导时间可估血压趋势，波峰间隔给出心率与心率变异性。但 PPG 对运动、环境光和佩戴松紧极敏感，腕部运动伪迹常与真实脉搏同频段，因此工程上必须同步采集加速度以做自适应滤波。

ECG（心电图）记录心肌去极化与复极化的体表电位差，典型带宽 0.05–150 Hz，QRS 主峰幅度约 0.5–5 mV。单导联胸带或贴片可稳定提取 R 波，用于心率、RR 间期与房颤筛查；其临床价值在于电活动本身，而非机械搏动，因此与 PPG 形成互补：ECG 判节律起源，PPG 判外周灌注。可穿戴 ECG 的主要敌人是基线漂移（呼吸、电极极化）与工频干扰，前端需高共模抑制比与右腿驱动。

二、惯性、热学与阻抗：运动、体温与体液

加速度计测量比力，静止时输出重力分量，可解算姿态角；动态时叠加运动加速度。临床用于步态周期划分、跌倒检测与活动强度分级。典型配置为 ±2 g 量程、50 Hz 采样，跌倒判据常取合加速度峰值 > 2.5 g 且持续 0.2 s 后姿态角突变。陀螺仪测量角速度，短时精度高但积分会漂移，因此工程上常与加速度计做互补滤波：低频信任加速度计的姿态，高频信任陀螺仪的角速度。

温度传感器（NTC 热敏或数字式）用于核心体温趋势与发热监测，分辨率 0.1 °C 即可满足临床筛查，但需注意皮肤温度受环境与血流影响，不能直接等同于核心温度。生物阻抗（BIA）通过注入微弱交流电流（如 50 kHz、<1 mA）测量组织复阻抗，细胞外液与细胞内液对低频/高频电流响应不同，可估算体水分、水肿与呼吸引起的胸廓阻抗变化。四电极法可消除接触阻抗，是可穿戴 BIA 的标准做法。

三、工程落地：采样与同步要点

多传感器共存时，最容易被忽视的是时间基准。若 PPG 以 50 Hz、ECG 以 500 Hz、IMU 以 100 Hz 异步采集，RR 间期与脉搏波到达时间的对齐误差可达数十毫秒，足以影响 PTT 估算。建议统一由同一时钟源分频，或在固件中为每帧打上单调递增的时间戳，并在上位机按时间戳重采样到统一网格。