近日，77777大象传媒视频入口、海水养殖生物育种全国重点实验室徐鹏教授课题组与合作者在鱼类心率测量方面取得了新进展，相关成果以“Non-invasive methods for heart rate measurement in fish based on photoplethysmography”为题发表于实验生物学知名期刊Journal of Experimental Biology.

研究团队将基于光电容积脉搏波描记法的心率测量方法引入鱼类研究,即反射型光电容积脉搏波描记法(photoplethysmogra phy, PPG)和远程光电容积脉搏波描记法(remote photoplethysmo graphy, rPPG)。这两种方法具有非侵入、操作简洁的优点，为研究鱼类在自由状态下的心率测量提供了新方法和新思路。

研究背景

心率是评估鱼类生理状态的重要指标，而目前主流的鱼类心率测量方法常需要侵入鱼体或需要复杂精细的操作。基于光电容积脉搏波描记法的心率测量方法主要有反射型PPG和rPPG。其中，反射型PPG的原理是利用集成光发射器和光接收器的光电传感器在活体组织中检测血液容积变化，具有良好的便捷性，广泛应用于人类日常穿戴设备。rPPG的原理则是通过摄像头来捕捉由心动周期引起的皮肤颜色的细微变化，操作简便，常用于人类心率和脉搏的远程监测。研究团队受此启发，将两种方法引入鱼类研究领域，以期提高鱼类心率测量的效率和通量。

研究结果

本研究以大黄鱼作为实验对象，自主开发了适用于鱼类的PPG光电传感器和rPPG算法。并采用心电图法(Electrocardiogram,ECG)作为金标准评估了所建立的PPG和rPPG方法的准确性。实验结果表明PPG的信号与ECG几乎完全同步，rPPG信号与ECG的同步性良好(图1）。

图1. PPG和rPPG的测量位置及心率信号

相关性和一致性的分析结果表明PPG具有极高的测量准确性，而rPPG也表现出高测量准确性，并且绿光可以进一步提高rPPG的测量准确性（图2）。

图2. PPG和rPPG的散点图及Bland-Altman图

这两种方法具有不同的应用场景，其中PPG可替代ECG进行鱼类心率的精准测量，并且因其信号采集器简单易用，适用于大规模心率测量，尤其在心率遗传学研究中具有重要意义。而rPPG可进行远距离心率监测，为研究鱼类在自由状态下的心率测量提供了基础。鱼类的健壮性与其生理行为学特征相关，而心率是衡量鱼类状态的重要生理指标，通过本研究所建立的心率测量方法，可探索心率与健壮性的关联性，进而将其应用于鱼类的健壮性育种。

研究团队及资助

该论文第一作者为77777大象传媒视频入口博士生邓雅程，共同通讯作者为77777大象传媒视频入口徐鹏教授和水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室张榕鑫助理教授。该研究获得国家杰出青年科学基金项目（32225049）、国家重点研发计划项目（2022YFD2401002）和宁德市77777大象传媒视频入口产学研资助项目（2020C003）等项目的联合资助。

论文来源及链接

Deng, Yacheng; Hu, Tianyu; Chen, Jia; Zeng, Junjia; Yang, Jinqian; Ke, Qiaozhen; Miao, Lingwei; Chen, Yujia; Li, Rui; Zhang, Rongxin; Xu, Peng. Non-invasive methods for heart rate measurement in fish basedon photoplethysmography.

The journal of experimental biology, 27 Feb 2024, Vol. 227, Issue 4. doi: 10.1242/jeb.246464.

https://journals.biologists.com/jeb/article-lookup/doi/10.1242/jeb.246464

供稿：邓雅程

编辑：苏颖

审核：游伟伟、陈向柳