光體積變化描記圖法（Photoplethysmography，簡稱PPG）是借光電手段在活體組織中監測血液容積變化的一種無創監測方法。
PPG原理
當一定波長的光束照射到指端皮膚表面，每次心跳時，血管的收縮和擴張都會影響光的透射 (例如在透射PPG中，通過指尖的光線) 或是光的反射 (例如在反射PPG中，來自手腕表面附近的光線)。當光線透過皮膚組織然后再反射到光敏傳感器時，光照會有一定的衰減。像肌肉、骨骼、靜脈和其他連接組織對光的吸收是基本不變的 (前提是測量部位沒有大幅度的運動)，但是動脈會不同，由於動脈里有血液的脈動，那么對光的吸收自然也會有所變化。當我們把光轉換成電信號時，正是由於動脈對光的吸收有變化而其他組織對光的吸收基本不變，得到的信號就可以分為直流DC信號和交流AC信號。提取其中的AC信號，就能反應出血液流動的特點。
PPG信號干擾因素
- 光學噪聲：特別需要考慮運動過程中產生的噪聲
- 膚色的吸收率：PPG傳感器中光電二極管（PD）采集到的信號強度與膚色直接相關。
- 運動干擾：運動也會干擾光學系統，當光學心率監護儀用於睡眠研究時，這可能不是問題，但如果在活動期間穿戴，則將很難消除運動偽像，光學傳感器 (LED和光電檢測器) 和皮膚之間的相對移動也會降低光信號的靈敏度。
PPG信號特征
PTT：指的是脈搏波從主動脈瓣到周身某位置的時間，學界定義存在細微差別，自1977年以來最常用的定義是：R波和peripheral pulse（學術名詞：周邊脈搏；待確認）的間隔； ECG-TT：ECG-initiated transit time 表示兩個peripheral pulse的時間間隔，用於計算PPT的變化；有研究使用ECG峰值到對應的PPG峰值之間的距離作為PTT，另有一些研究用ECG峰值到對應周期PPG上升的起始點之間的時間為PTT，
PAT：Pulse Arrival Time；在一些文獻中與PTT同含義，也用於指ECG的R波波峰到對應的PPG主波峰的距離；細節上與PPT的區別是，PAT包括的PEP（Pre-ejection Period Time）：反映了心電信號轉化為肌肉壓力的時間，有文獻指出PEP占RR間期約7%的時長，所以在獲取PTT時有必要將PEP排除；另外，PEP對PTT的影響隨着心臟的距離減小（e.g. 耳部PPG要考慮PEP），多波長PPG獲取的PTT可以忽略掉PEP影響（待驗證）；
PIR（PPG Intensity Ratio）: 指PPG信號峰值對應光強與谷值對應光強的比值，反映血管直徑的變化。原因在【3】中得到論證: 對應舒展壓時間段，血管管徑變小，透射光強達到最大；對應收縮壓時間段，投射光強最小；反射光強與透射光強的規律恰恰相反。
心電信號產生原理
心電信號從宏觀上記錄心臟細胞的除級和復級過程。
- 靜息電位心肌細胞未受到刺激(處於靜息狀態)時存在於細胞膜內、外兩側的電位差.稱為靜息電位.以細胞膜為界.膜外呈正電位、膜內為負電位，並穩定於定數值的靜息電位狀態.稱為極化狀態。
- 動作電位當細胞受到刺激時.其亞微結構就會發生改變，於是對鈉離子的通透性加大.從而造成鈉離子快速內流，此時可測得+30mv的電壓.這就是動作電壓。這時細胞膜t:的Nat K+ATP泵逆濃度差把鉀離子送回細胞內而III-除鈉離了，恢復原有的極化狀態。
下面對每個波形點作詳細的介紹
(1) P波:最初產生的偏離的波被命名為P波，它反映心房除極過程的電位變化，代表了兩個心房的去極。
(2) QRS波群:心室的激活產生的最大的波，它反映心室肌除極過程的電位變化。正常間隔0.08-0.12秒。典型的QRS波群是指三個緊密相連的波;
(3) PR間期:從P波開始到QRS復合波開始，它代表心房肌開始除極到心室肌開始除極的時限。正常間期是0.12-2.0秒
(4) ST段:是在QRS波群以后，T波以前的一段平線。代表左、右心室全部除極完畢到復極開始以前的一段時間。
(5) T波:代表心室肌復極過程引起的電位變化。
(6) QT間期:代表整個心室肌自開始除極至復極完畢的總時間。
參考文章
- ECG技術原理和PPG技術原理對比
- 【可穿戴算法開發】-PPG信號檢測方法
- Photoplethysmogram Intensity Ratio: A Potential Indicator for Improving the Accuracy of PTT-Based Cuffless Blood Pressure Estimation - 張元亭團隊