Photoplethysmographie

Photoplethysmographie (PPG) ist eine nicht-invasive optische Messmethode zur Erfassung volumetrischer Blutänderungen in der Mikrogefäßestapelung der Haut. Durch die pulsierende Zunahme und Abnahme des Blutvolumens während des Herzzyklus erzeugt PPG eine zeitliche Veränderung der Lichtabsorption oder -reflexion im Gewebe, die als elektrischer Signalverlauf sichtbar wird.

Aufbau und Betriebsarten: Eine PPG-Sensorik verwendet typischerweise eine Lichtquelle (häufig LEDs) und einen Detektor (Photodiode). PPG kann in Transmission betrieben werden, z. B. am Finger oder Ohrläppchen, wobei Licht durch das Gewebe geht; oder in Reflexion, wo Licht ins Gewebe gesendet und an der Hautoberfläche wiederempfangen wird (beliebte Montageorte sind Handgelenk oder Stirn). Grünlicht (ca. 520–570 nm) wird oft für oberflächliche Durchblutungssignale genutzt, während rotes Licht (~660 nm) und Nahinfrarot (~800–940 nm) für subsuperfizielle Messungen und SpO2-Ermittlung eingesetzt werden.

Signal und Anwendungen: Das PPG-Signal besteht aus einem pulsierenden Anteil (AC), der mit dem Herzschlag korreliert, und einem DC-Anteil, der Gewebeeigenschaften und Lichtpfad abbildet. Mit mehreren Wellenlängen lässt sich die arterielle Sauerstoffsättigung (SpO2) schätzen, indem der Anteil der absorbierten Lichtmenge verschiedener Hb-Formen verglichen wird. PPG liefert außerdem Herzfrequenz, und in einigen Fällen Hinweise auf HRV, Peripherie-Perfusion oder venöse Pulsationen. In Konsumentenprodukten wird PPG meist zur Herzfrequenzmessung genutzt; klinische Systeme verwenden es ergänzend oder in Kombination mit SpO2-Messungen.

Herausforderungen: PPG ist empfindlich gegenüber Bewegung, Umgebungslicht und Hauttöne; Signalrauschen, Hautdicke und Sensor-anlage beeinflussen die Qualität. Fortgeschrittene Algorithmen und sorgfältige Sensorik verringern diese Artefakte, insbesondere bei Wearables oder Kamera-basierten Ansätzen (imaging PPG).