Уступают ли оптические пульсометры нагрудным? Что такое оптический пульсометр? Многоканальные чувствительные элементы.

Умные часы с каждым днем получают все более широкое распространение. Компактный электронный гаджет подкупает многофункциональностью. Из товаров для избранных, смарт-часы уверенно перемещаются в категорию обязательных аксессуаров. Дополненные датчиками измерения пульса, умные часы и браслеты предложили пользователям еще больше опций.

Пульсометр с оптическим датчиком пользуется популярностью у спортсменов и любителей активного отдыха. При его выборе следует обратить внимание на тип датчика. Нагрудные ременные модели, до недавнего времени были самыми распространенными и считались максимально точными. Но в последние годы их активно потеснили часы с оптическим пульсометром.

Что такое оптический пульсометр и почему он удобный?

Оптический пульсометр для измерения частоты пульса просвечивает кожный покров световым лучом. По пульсации крови, проходящей через кровеносные сосуды, рассчитывается частота сокращения сердечной мышцы. Что особенного предлагают пользователям пульсометры с оптическим датчиком, в чем их плюсы и минусы?

Главное и бесспорное их достоинство – удобство. Лучшие оптические пульсометры традиционно интегрируют в наручный браслет. В подавляющем большинстве случаев, производители стараются не ограничиваться одним датчиком пульса. Фитнес-браслеты и умные часы предлагают владельцу стандартный набор спортивной статистики, умеют сопрягаться с мобильными устройствами, синхронизируются с приложениями.

Современные производители настолько усовершенствовали технологии снятия показаний, что с уверенностью утверждают, что наручный гаджет – это самый точный оптический пульсометр. Разработчикам удалось исправить практически все недостатки наручных пульсометров первых поколений. Во многом это стало возможным, благодаря тому, что в устройства интегрируют новейший оптический пульсометр, принцип работы которого основан на лучших биомедицинских технологиях.

И спортивные от SMA позволяют следить за здоровьем и быть всегда на связи. Умные устройства напомнят о том, что владелец засиделся, разбудят утром тихим вибросигналом. А еще с их помощью можно дистанционно управлять камерой смартфона. Фитнес-трекер измеряет пульс каждые 15 минут и при этом работает на одном заряде 5 дней. Он различает разные виды спорта и отслеживает сон.

В коллекции MIO множество наручных устройств с пульсометром. С ними пользователь может контролировать работу своей сердечно-сосудистой системы во время отдыха и тренировок. Точность измерений и их второй генерации сопоставимы с профессиональной медицинской аппаратурой. Устройства используют не один, а два световых луча и фирменные алгоритмы. В браслете можно плавать. тоже водонепроницаем, но разработан специально для велосипедистов. позиционируется, как самый точный пульсометр на рынке. А настолько «умен», что поможет владельцу избежать заболеваний, стать активнее, здоровее и счастливее.

Отличается от других пульсометров не только оригинальным дизайном. Гаджет считает шаги, пульс, отслеживает данные тренировок, вычисляет спортивную форму пользователя, анализирует его активность и составляет персональные советы и рекомендации.

Часы разработаны специально для бегунов. Помимо полного спектра фитнес-функций, гаджет отличает доступная цена, наличие GPS-модуля и коллекция сменных ремешков. Модель универсальна. Это аксессуар для ежедневного использования. Умные часы отличаются стильным внешним видом и емкостной батареей.

Умные часы или браслеты с пульсометром четко снимают показания не только в состоянии покоя, но и вовремя интенсивных нагрузок. С ними пропала необходимость в использовании нагрудных ремней. Для того чтобы подсчитать пульс, человеку не нужно останавливаться. На внутренней стороне корпуса пульсометра расположен электронный оптический элемент, который измеряет пульс с помощью узкого светового пучка. Программный блок фиксирует количество рассеянного в кровотоке света и рассчитывает частоту пульса. Чтобы добиться максимального поглощения в оптических пульсометрах используется зеленый светодиод со значением 525 нм. Многие производители предлагают разные по стилю и дизайну браслеты-ремешки, в которые вставляется пульсометр с оптическим датчиком, купить их можно отдельно и менять в зависимости от настроения и ситуации.

При использовании наручных пульсометров следует помнить, что устройство будет выдавать результат с погрешностью, в случае неплотного прилегания к коже. Низкие температуры также могут привести к неточностям при измерении пульса. И уж, конечно, не стоит надевать наручный пульсометр поверх одежды.

Обменяете ли вы свой нагрудный пульсометр на оптический пульсометр для запястья?

Для этого теста мы использовали Garmin Fenix 3HR

Пульсометры для запястья становятся всё более и более распространенными и их можно наблюдать везде от современнейших элитных спортивных смартчасов до фитнесс трекеров, эта технология рекламируется повсюду.

Не удивительно, что эти пульсометры завоевали популярность среди велосипедистов, в отличие от неудобного промокшего от пота нагрудного ремня для измерения пульса. Но обеспечивает ли пульсометр на запястье необходимую точность измерений?

Конечно, изготовители этих изделий уверяют вас, что их продукция обладает необходимыми показателями, но проблема в том, что факторы, влияющие на точность в большинстве случаев сложно проконтролировать в реальных условиях.

Итак, мы провели исследование, смогут ли пульсометры для запястья с оптическим датчиком заменить старый добрый и достоверный нагрудный пульсометр. Для испытаний мы взяли и стандартный нагрудный пульсометр от . Испытания проводились в реальных условиях велосипедной езды, для проверки точности пульсометра на запястье.

Что такое оптический пульсометр?

Оптические датчики пульса не являются новинкой и применяются в велосипедной индустрии например – датчики LifeBEAM. Изначально разработанные для контроля жизненных показателей космонавтов и пилотов, датчики LifeBEAM размещались на лбу для считывания значений пульса.

LifeBEAM и датчики для запястья схожи по принципу действия с фотоплетизмографическими (PPG) датчиками для пальцев, применяемых в больницах.

Большинство устройств для запястья доступных в настоящий момент, используют низко интенсивное излучение зёленого цвета, при прохождении которого через кожу определяется частота пульса. Кости, мягкие ткани и кровь поглощают излучение в различной степени. Оптический датчик определяет частоту пульса по изменению отражения света от потока крови, проходящего через вены.

Нагрудный пульсометр имеет датчик другого типа, который измеряет электрические импульсы небольшой амплитуды, излучаемые сердечной мышцей при её сокращении. Показания с такого датчика не могут быть считаны до тех пор, пока вы не вспотеете (другой способ электроды датчика необходимо смочить водой или специальным гелем), это необходимо для создания проводящей среды между датчиком и вашей кожей.

Общим моментом для обеих систем является необходимость хорошего контакта с вашей кожей, а это значит, что правильное размещение устройств оказывает огромное влияние на точность считывания показаний.

Насколько точен оптический метод измерения пульса?

Несмотря на популярность, точность пульсометров для запястья остаётся предметом споров. Даже имеют место групповые судебные иски против компании FitBit, поводом для которых послужили недостоверные измерения пульса, такими устройствами как FibBit Charge HR, Blaze и Surge.

Журнал Американской Медицинской Ассоциации опубликовал данные тестирования, которые показали, что ни одно из устройств ( , Mio Alpha Fit, Bit Charge HR и Basis Peak) не способно обеспечить достоверную выдачу показаний во время умеренной физической нагрузки. И авторы заявляют: «В случае необходимости получения точных измерений пульса настоятельно рекомендуется пользоваться нагрудными пульсометрами с электродами».

Брендовые производители скромно умалчивают, насколько точны их датчики, тестовую информацию по этому вопросу мне удалось найти только от Mio. Однако этот тест проводился над самим датчиком, а не над фитнес трекером.

Довольно часто проблемы с пульсометром на запястье возникают, если во время тренировки датчик неплотно контактирует с кожей. Все тесты, которые мне довелось видеть, проводились в лабораторных условиях с привлечением спортсменов-бегунов на беговых дорожках.

Если не брать в расчет измеритель мощности, пульс является наиболее точной метрикой для измерения потраченных усилий. Попадание в определенную зону частоты сердечных сокращений является важной целью, если вы следуете предписанной тренировочной программе, результат тренировки может оказаться весьма отличающимся от ожидаемого при выходе за пределы этой зоны.

Точность пульсометра для запястья в сравнении с нагрудным пульсометром

Пульсометр для запястья оснащен оптическим датчиком, который считывает показания в режиме 24/7

Для тестирования на точность пульсометров Fenix 3 HR и Garmin Elevate я использовал стандартный нагрудный пульсометр Garmin, тестирование проводилось в реальных условиях – езда на велосипеде.

Стоит отметить, что это не научное исследование, я задался целью выполнить проверку на точность в реальных условиях, и контролировал все параметры настолько тщательно насколько это возможно. Обращаю внимание, я протестировал оптический датчик одного производителя и могу обсуждать только эти результаты. Каждое из устройств измеряет пульс своим способом и с различными интервалами.

Тестирование состояло из тренировки на велотренажере в помещении, и из реальных поездок на дорожном горном велосипедах. Перед каждой тренировкой я проверял правильность крепления пульсометров на запястье в соответствии с руководством пользователя.

Также стоит отметить, что для фиксации на запястье датчика пульсометра в соответствии с руководством пользователя, мне пришлось затянуть ремешок гораздо туже чем обычно – на две отметки на ремешке.

На приведенной ниже диаграмме красной линией представлены данные с Garmin Fenix 3 HR, а голубой линией данные с нагрудного пульсометра Garmin HR.

Результаты теста на турбо трейнере

Тест на турбо трейнере ближе к лабораторным условиям и вы можете видеть на диаграмме выше, что результаты с пульсометров обоих типов очень схожи, за исключением пары странных значений.

Результаты теста на дорожном велосипеде

Как только я взял пульсометр для запястья Fenix 3 HR (красная линия) на испытания в реальных условия начали проявляться сбои. На верхней диаграмме показана езда по довольно ухабистой дороге с грязевыми участками, на нижней диаграмме отображается определённо более ровный маршрут.

На нижней поездке есть период продолжительностью около 10 минут где информация с Fenix 3 HR полностью пропадает. Во время поездки перерывов не было, положение пульсометра и степень его прижатия к запястью не изменялись.

Как вы можете видеть, во время обоих поездок есть значительные промежутки времени, где показания между пульсометрами отличаются более чем на 40 ударов в минуту. Но при этом средняя частота сердечных сокращений во время поездки отличается всего лишь на один удар в минуту в обоих случаях.

Результаты теста на горном велосипеде

Наконец когда дело дошло до езды на горном велосипеде, профили выглядят как два совершенно разных профиля езды. Хотя показания в основном отличаются примерно на 10 ударов в минуту, создается впечатление, что это совершенно разные треки.

Вывод

На показания датчика пульсометра Garmin Fenix 3 HR похоже влияет большое количество факторов. Прежде всего, я следовал указаниям по размещению и закреплению пульсометра на запястье. При этом я одел его на запястье плотнее и выше чем делаю это обычно.

Если вы посмотрите на результаты, полученные на турбо трейнере, то увидите, что точность датчика пульсометра для запястья практически соответствует нагрудному пульсометру. Однако при езде, как на дорожном, так и горном велосипедах, тряска и толчки снижают точность показаний пульсометра для запястья. Возможно, это происходит из-за нарушения плотного прилегания датчика к коже.

Интересный момент – несмотря на разницу в показаниях, минимальное, максимальное и среднее значения за все время отличались всего на пару ударов в минуту.

Фактором, сыгравшим большую роль, особенно при езде на горном велосипеде, была потливость, пульсометр сползал вниз, особенно езде на спусках. Я пытался подтянуть ремешок на более высокий уровень, но уставшими от поездки руками это сделать сложно.

Я обратился к Garmin с результатами тестов, чтобы выяснить, как объяснить мои результаты тестов с их собственными тестами, на что был получен ответ:

«Мы очень рады, что вы нашли время для проведения сравнений и удивлены полученными результатами. Вся продукция Garmin тестируется в контролируемой и подходящей среде, позволяющей проверять параметры изделий, но мы принимаем результаты ваших исследований и сохраним их на будущее».

Итак, пульсометр для запястья показал все свои недостатки, стоит ли вам тратить не так просто заработанный деньги на новые технологии? Может быть. Если вы следуете строго предписанному плану тренировок, и вам необходимо находится в определенной зоне сердечного ритма для достижения цели, пользуйтесь вашим нагрудным пульсометром. Если же нет и вам не нужны сверхточные данные, то пульсометр для запястья может вполне подойти для определения общих направлений вашего тренинга.

Виджет от SocialMart Спасибо за лайки на сайте ! Будьте счастливым, спортивным и активным человеком всегда! Напишите, что Вы думаете по этому поводу, какими гаджетами пользуетесь и почему?

Хотите узнать больше? Прочтите:

• Фитнес-трекеры отлично подходят для подсчета шагов,…
• Тестирование пульсометра для ношения на запястье в…
• Лучшие модели наручных пульсометров года: обзор и…

Место крепления

Пульсометры могут крепиться на грудь и на запястье.

Нагрудные датчики крепятся с помощью специального ремня с электродной лентой. Они считывают данные с помощью электрического сопротивления. Такие модели, как правило, очень точные, и их носят лишь на тренировке, потому что в обычной жизни нагрудный ремень может мешать.

Датчики на запястье - это оптические пульсометры. Все они обладают достаточной точностью, когда их владелец находится в покое, однако для спорта лучше выбирать известные модели от зарекомендовавших себя брендов.

Хранение и представление данных

Нагрудные датчики из-за отсутствия дисплея вынуждены сохранять данные где-то ещё, в подавляющем большинстве случаев в смартфоне. Соответственно, и узнать частоту пульса можно, только заглянув в приложение.

Оптические пульсометры также обычно имеют собственное приложение или умеют синхронизироваться со сторонним спортивным софтом, однако и дисплей у них тоже есть, чтобы с удобством мониторить пульс во время тренировки.

Есть ещё замкнутые пульсометры, которые представляют собой пару «часы + нагрудный ремень». Нагрудный пульсометр синхронизируется с часами и показывает данные в режиме реального времени на дисплее. С мобильным приложением замкнутые пульсометры зачастую не синхронизируются.

Выдача информации: постоянно и эпизодически

Пульсометры для эпизодических замеров выдают информацию о пульсе по требованию и подойдут тем, кто не занимается спортом, но по каким-то причинам хочет или вынужден контролировать частоту сердечных сокращений.

Пульсометры для постоянных замеров записывают и показывают данные в режиме 24/7. Отличный вариант для спорта.

5 хороших недорогих пульсометров

Мы выбрали пять моделей, которые нам показались лучшими в своей категории по соотношению цены, качества и точности. Каждая из них принадлежит известному бренду и имеет хорошую репутацию.

Один из самых доступных нагрудных датчиков. Работает в паре со смартфоном и позволяет записывать данные в большинство спортивных приложений, среди которых Runtastic, RunKeeper, Strava, Endomondo и многие другие.

Девайс состоит из двух частей: нагрудного датчика и кардиоремня. Использовать в качестве постоянного пульсометра можно, но не очень удобно.

Это пример замкнутого пульсометра, у которого нагрудный датчик работает в паре с часами и не отдаёт информацию больше никуда. Часы и датчик заточены друг под друга, что исключает передачу ваших данных кому-либо ещё. Очень надёжная модель от одного из лидеров спортивного рынка. Интересная особенность - возможность ручной установки целевой зоны.

Оптический пульсометр, получивший признание не только спортсменов, но и конкурентов: первые пульсометры Garmin были разработаны компанией Mio Global. За время существования бренда она выпустила уже пять моделей трекеров и пульсометров.

В этом году в Россию первая версия Mio Alpha приехала по очень привлекательной цене. Высокая точность, минимальная чувствительность к помехам, устойчивое соединение и трекинг в условиях влажности (что не так часто встречается у оптики) делают эти спортивные часы одними из лучших для измерения частоты пульса.

SMA Coach

Браслет с пульсометром. Таких много, взять хотя бы тот же Xiaomi Mi Band 2. Как правило, такие модели обладают ещё кучей различных функций, не всегда нужных для спорта. При этом не все из них будут хороши как спортивные пульсометры.

SMA Coach подходит для спорта идеально: оптика здесь выносливая, при этом дополнительные функции не являются помехой. Тут можно установить режим измерения (постоянно или через заданный интервал), а расширенные возможности вроде приёма уведомлений или управления камерой превращают браслет в отличный повседневный гаджет.

Пульсометр для эпизодических замеров от LifeTrak - это высокая точность и надёжность, отличная автономность (до одного года от CR2032) и функции фитнес-часов (анализ активности и расхода калорий).

Компания LifeTrak известна и как разработчик профессионального оборудования для спортзалов, и как партнёр американских государственных учреждений, который поставляет пульсометры и другие средства мониторинга здоровья для NASA, и как поставщик фитнес-часов для New Balance. При этом и свою линейку гаджетов не забывает.

LifeTrak C400 достаточно прост в управлении и измеряет пульс по запросу. Важное отличие этого пульсометра для эпизодических замеров от иных в том, что пульс показывается в пределах минуты, пока пользователь удерживает кнопку. У большинства аналогов данные отдаются в конкретную секунду сразу после нажатия.

Несмотря на высокую технологичность и достойное качество современных пульсометров, к нам иногда обращаются с таким вопросом. Иногда девайс может показывать данные, которые кажутся неправдоподобными даже неопытному пользователю, например, пульс 220 на легкой пробежке или 50 ударов сердца в минуту на ускорениях.

В чем же причина и как это исправить?

Сразу успокоим вас - причина обычно не в самих часах, а в датчике пульса . Вторая хорошая новость - в подавляющем большинстве случаев это легко исправить.

Итак, в чем причины ненормальных показателей пульса?

1. Отображение пульса в формате % от максимального

Возможно, в настройках ваших часов указан формат отображение пульса не в ударах в минуту, а в % от максимального - тогда на тренировке будет казаться, что ваш пульс не дотягивает и до сотни. Если такой формат вам непривычен, измените настройки часов.

2. Датчик плохо прилегает к телу

Нагрудный датчик Polar получает сигнал с вашей кожи и обычно располагается под грудной мышцей. В этом месте сигнал наиболее сильный.

Сила сигнала, принимаемого датчиком, зависит от анатомических особенностей, жирового слоя, формы грудной клетки и расположения сердца. Если сигнал слабый, особое значение приобретает тесный и постоянный контакт между электродами и кожей.

Чтобы его обеспечить:

• Смачивайте электроды перед тренировкой. В начале тренировки кожа и датчик сухие, и это может быть причиной неверных показателей пульса. В процессе занятия вы потеете и контакт улучшается, в том числе благодаря солям, которые выделяются из наших пор вместе с жидкостью. До тренировки вы можете увлажнить датчик водой или слюной. Кроме того, вы можете использовать специальный гель , улучшающий проводимость, обеззараживающий датчик (который является отличной средой для бактерий), а также предотвращающий натертости.
• Затяните потуже резинку датчика. Лента должна плотно прилегать к телу, но при этом не вызывать дискомфорта и не мешать дыханию.
• Попробуйте другие положения датчика. Обычно ленту надевают под грудную мышцу, однако, такое расположение не всем удобно и некоторые носят датчик не под грудью, а над ней - если при этом пульс отображается корректно и пользователю удобно, такой вариант вполне имеет право на жизнь. Иногда нужно сместить сам передатчик влево или вправо, известны также случаи, когда пользователи переворачивали датчик так, чтобы логотип смотрел вниз или даже надевали его со стороны спины.
• Возможно, у вас просто очень волосатая грудь! Волосы значительно ухудшают контакт датчика с кожей, поэтому попробуйте побрить участки кожи, контактирующие с электродами.
• Загрязненный датчик. Высохший пот, благодаря содержащимся в нем солям и примесям, может загрязнить датчик и мешать передаче сигнала. Не забывайте промывать датчик под теплой водой после каждой тренировки, а также иногда мыть его с мылом. Обязательно просушивайте его после тренировки и храните согласно инструкции - это поможет значительно продлить ему жизнь.

3. Помехи

Иногда сигнал может искажаться из-за электромагнитных сигналов, вызванных:

• Высоковольными проводами (ЛЭП)
• Линиями для электропоездов
• Трамваями, троллейбусами и электрическими автобусами
• Светофорами
• Моторами автомобилей
• Велокомпьютерами
• Мобильными телефонами
• MP3 плеерами
• mp3 players

Для датчиков H2, H3, WearLink Hybrid, WearLink W.I.N.D., использующих протокол передачи данных W.I.N.D:

• Микроволновыми печами
• Компьютерами
• Wi-Fi роутерами.

4. Дистанция между устройством и датчиком пульса (работающим на технологии GymLink) слишком большая

Дистанция между вашим датчиком и часами не должна составлять более 1 метра. Если расстояние будет больше, ваш пульсометр может не получать все данные о частоте сердечных сокращений, в результате часы будут показывать один и тот же пульс длительное время.

5. Сигналы с других датчиком пульса Polar

Датчики H1, H2, H7, T31, T31C, WearLink, WearLink Hybrid и WearLink Nike+ передают данные о пульсе с использованием технологии GymLink. Однако, датчик Polar T31 не кодированный, в отличие от остальных. Поэтому на него могут влиять сигналы с других устройств.

Избежать этого лишь увеличив дистанцию между вашими часами и другими датчиками.

6. Статическое электричество и/или технологичная спортивная одежда в сочетании с особенностями погоды

Если вы тренируетесь в условиях низкой влажности в сочетании с сильным ветром, ваша футболка может биться о датчик, производя статическое электричество. Это может привести к помехам, особенно если контакт между датчиком и кожей не слишком хорош.

Чтобы избежать этого:

• Увлажняйте электроды перед тренировкой
• Используйте хлопковую футболку
• Используйте более обтягивающую одежду, чтобы она не развевалась на ветру.

7. Аритмия

Все девайсы Polar созданы для людей с нормальным сердечным ритмом и не приспособлены для диагностики аритмии. В большинстве случаев пульсометры Polar корректно работают и при аритимии, но в некоторых случаях устройство может отображать некорректные данные.

8. В датчике пульса села батарейка

Если в вашем датчике пульса садится батарейка, расстояние, на которое он может передать сигнал, уменьшается, что может приводить к ошибкам.

Чтобы решить проблемы, обратитесь к инструкции к вашей модели датчика пульса - в некоторых моделях, например , для замены батареи достаточно открыть крышечку за задней части передатчика с помощью монетки и вставить новую батарею, в то время как старые модели типа Polar T31 потребуют замены всего датчка целиком, так как элемент питания там несменный.

В статье использованы материалы сайта www.polar.com.

Всем привет!

Совсем немного осталось до начала нашей краундфандинговой компании часов для измерения уровня стресса EMVIO . Появилась небольшая передышка и пальцы попросились к клавиатуре.

Немного о нашем сердце

Как известно, сердце – это автономный мышечный орган, который выполняет насосную функцию, обеспечивая непрерывный ток крови в кровеносных сосудах путем ритмичных сокращений. В сердце имеется участок, в котором генерируются импульсы, ответственные за сокращение мышечных волокон, так называемый водитель ритма (pacemaker). В нормальном состоянии, при отсутствии патологий, этот участок полностью определяет частоту сердечных сокращений. В результате образуется сердечный цикл – последовательность сокращений (систола) и расслаблений (диастола) сердечных мышц, начиная от предсердий и заканчивая желудочками. В общем случае под пульсом понимают частоту, с которой повторяется сердечный цикл. Однако есть нюансы, каким способом мы регистрируем эту частоту.

Что мы считаем пульсом

В те времена, когда медицина не имела технических средств диагностики, пульс измеряли всем известным способом – пальпацией, т.е. прикладывали палец к определенной области тела и слушали свои тактильные ощущения, и считали количество толчков стенки артерии через кожу за некоторое время - обычно 30 секунд или одну минуту. Отсюда и появилось латинское название этого эффекта - pulsus, т.е. удар, соответственно единица измерений: ударов в минуту, beatsperminute (bpm). Есть много методик пальпации, самые известные это прощупывание пульса на запястье и на шее, в области сонной артерии, который так популярен в кино.
В электрокардиографии пульс вычисляется по сигналу электрической активности сердца - электрокардиосигналу (ЭКС) путем замеров длительности интервала (в секундах) между соседними R зубцами ЭКС с последующим пересчетом в удары в минуту по простой формуле: BPM = 60/(RR-интервал) . Соответственно нужно помнить, что это желудочковый пульс, т.к. период сокращения предсердий (PP интервал) может немного отличаться.

Attention!!! Cразу хотим отметить важный момент, который вносит в путаницу в терминологию и часто встречается в комментах к статьям про гаджеты с измерением пульса. Фактически пульс, который измеряется по сокращениям стенок кровеносных сосудов, и пульс, который измеряется по электрической активности сердца, имеют разную физиологическую природу, разную форму временной кривой, различный фазовый сдвиг и соответственно требует различные методы регистрации и алгоритмы обработки. Поэтому не может быть никаких RR-интервалов при измерении пульса по модуляции объемов кровенаполнения артерий и капилляров и механических колебаний их стенок. И обратно, нельзя говорить, что если у вас нет RR-интервалов, то вы не можете измерить аналогичные по физиологической значимости интервалы по пульсовой волне.

Как гаджеты измеряют пульс?

Итак, вот наш вариант обзора самых распространённых способов измерения пульса и примеры гаждетов, которые их реализуют.

1. Измерение пульса по электрокардиосигналу

После обнаружения в конце 19 века электрической активности сердца появилась техническая возможность ее зарегистрировать.Первым, по настоящему, это сделал Виллем Эйнтховен (Willem Einthoven) в 1902 году, с помощью своего мегадевайса – струнного гальванометра (string galvanometer). Кстати он осуществил передачу ЭКГ по телефонному кабелю из больницы в лабораторию и, по сути, реализовал идею удаленного доступа к медицинским данным!


Три банки с “рассолом” и электрокардиограф весом 270 кг! Вот так рождался метод, который сегодня помогает миллионам людей во всем мире.

За свои труды в 1924 году он стал лауреатом Нобелевской премии. Именно Эйнтховен в первые получил реальную электрокардиограмму (название он придумал сам), разработал систему отведений – треугольник Эйнтховена и ввел названия сегментов ЭКС. Самым известным является комплекс QRS - момент электрического возбуждения желудочков и, как наиболее выраженный по своим временным и частотным свойствам элемент этого комплекса, зубец R.

До боли знакомый сигнал и RR-интервал!

В современной клинической практике для регистрации ЭКС используют различные системы отведений: отведения с конечностей, грудные отведения в различных конфигурациях, ортогональные отведения (по Франку) и т.п. С точки зрения измерения пульса можно использовать любые отведения, т.к. в нормальном ЭКС R зубец в том или ином виде присутствует на всех отведениях.

Спортивные нагрудные датчики пульса

При проектировании носимых гаджетов и различных спортивных тренажеров система отведений была упрощена до двух точек-электродов. Самым известным вариантом реализации такого подхода являются спортивные нагрудные мониторы в виде ремешка-кардиомонитора – HRM strap или HRM band. Думаем у читателей, ведущих спортивный образ жизни, такие устройства уже имеются.

Пример конструкции ремешка и Мистер-гаджет 80 lvl. Sensor pad – это два ЭКГ электрода с разных сторон груди.

На рынке популярностью пользуются HRM ремешки фирм Garmin и Polar, также имеется множество китайских клонов. В таких ремешках электроды выполнены в виде двух полосок из проводящего материала. Ремешок может быть частью всего устройства или пристегиваться к нему застежками-клипсами. Значения пульса, как правило, передаются по Bluetooth по протоколу ANT+ или Smart на спортивные часы или смартфон. Вполне удобно для спортивных занятий, но постоянное ношение вызывает дискомфорт.

Мы экспериментировали с такими ремешками в плане возможности оценки вариабельности пульса, считая их за эталон, но поступающие с них данные, оказались сильно сглаженными. Участник нашей команды Kvanto25 публиковал пост , как он разбирался с протоколом ремешка Polar и подключал его к компьютеру через среду Labview.

С двух рук

Следующим вариантом реализации двух электродной системы является разнесение электродов на две руки, но без постоянного подключения одной из них. В таких устройствах один электрод закрепляется на запястье в виде задней стенки часов или браслета, а другой выносится на лицевую часть устройства. Чтобы измерить пульс, нужно свободной рукой коснуться лицевого электрода и подождать несколько секунд.

Пример пульсометра с фронтальным электродом (Пульсометр Beurer)

Интересным устройством, использующим такую технологию, является браслет Phyode W/Me, разработчики которого провели успешную кампанию на Кикстартере, и их продукт имеется в продаже. На хабре про него был пост .

Электродная система PhyodeW/Me

Верхний электрод совмещен с кнопкой, поэтому многие люди, рассматривая прибор по фоткам и читая отзывы, думали, что измерение происходит просто по нажатию кнопки. Теперь вы знаете, что на подобных браслетах непрерывная регистрация со свободными руками в принципе не возможна.

Плюс этого устройства в том, что измерение пульса не является главой целью. Браслет позиционируется как средство проведения и контроля дыхательных методик, типа индивидуального тренера. Мы приобрели Phyode и проигрались с ним. Все работает, как обещано, регистрируется реальная ЭКГ, соответствующая классическому первому отведению ЭКГ. Однако прибор очень чувствителен к движениям пальца на фронтальном электроде, чуть сдвинулся и сигнал поплыл. С учетом того, что для набора статистики нужно около трех минут процесс регистрации выглядит напряжно.

Вот еще вариант использования принципа двух рук в проекте FlyShark Smartwatch, который выложен на Кикстартере .

Регистрация пульса в проекте FlyShark Smartwatch. Будьте добры подержать пальчик.

Что еще нового есть в этой области? Обязательно нужно упомянуть об интересной реализации ЭКГ электрода – емкостного датчика электрического поля EPIC Ultra High Impedance ECG Sensor производства фирмы Plessey Semiconductors.

Емкостной датчик EPIC для бесконтактной регистрации ЭКГ.

Внутри датчика установлен первичный усилитель, поэтому его можно считать активным. Датчик достаточно компактный (10х10 мм), не требует прямого электрического контакта, соответственно не имеет эффектов поляризации и их не надо смачивать. Нам кажется это решение весьма перспективным для гаджетов с регистрацией ЭКС. Готовых устройств на этих датчиках мы пока не видели.

2. Измерение пульса на основе плетизмографии

Поистине самый распространённый способ измерения пульса в клинике и быту! Сотни разнообразных устройств от прищепок до перстней. Сам метод плетизмографии основан на регистрации изменения объемов кровенаполнения органа. Результатом такой регистрации будет пульсовая волна. Клинические возможности плетизмографии выходят далеко за рамки простого определения пульса, но в данном случае нам интересен именно он.
Определение пульса на основе плетизмографии может быть реализовано двумя основными способами: импедансным и оптическим. Есть и третий вариант – механический, но мы не будем его рассматривать.

Импедансная плетизмография

Как говорит нам Медицинский словарь, импедансная плетизмография – это метод регистрации и исследования пульсовых колебаний кровенаполнения сосудов различных органов и тканей, основанный на регистрации изменений полного (омического и емкостного) электрического сопротивления переменному току высокой частоты. В России часто используется термин реография. Этот способ регистрации ведет свое начала с исследований ученого Манна (Mann, 30 –е годы) и отечественного исследователя Кедрова А.А. (40–е годы).
В настоящее время методология способа основана на двух или четырехточечной схеме измерения объемного удельного сопротивления и состоит в следующем: через исследуемый орган с помощью двух электродов пропускается сигнал с частотой от 20 до 150 кГц (в зависимости от исследуемых тканей).

Электродная система импедансной плетизмографии. Картинка отсюда

Главное условие, предъявляемое к генератору сигнала - это постоянство тока, его значение выбирают обычно не более 10-15 мкА. При прохождении сигнала через ткань его амплитуда модулируется изменением кровенаполнения. Вторая система электродов снимает модулированный сигнал, фактически имеем схему преобразователя импеданс-напряжения. При двухточечной схеме электроды генератора и приемника объединены. Далее сигнал усиливается, из него изымается несущая частота, устраняется постоянная составляющая и остается нужная нам дельта.
Если прибор откалибровать (для клиники это обязательное условие), то по оси Y можно откладывать значения в Омах. В итоге получается вот такой сигнал.

Примеры временных кривых ЭКГ, импедансной плетизмограммы (реограмме) и ее производной при синхронной регистрации. (отсюда)

Очень показательная картинка. Обратите внимание, где находится RR-интервал на ЭКС, а где расстояние между вершинами, соответствующее длительности сердечного цикла на реограмме. Также обратите внимание на резкий фронт R зубца и пологий фронт систолической фазы реограммы.

Из пульсовой кривой можно получить довольно много информации по состоянию кровообращения исследуемого органа, особенно синхронно с ЭКГ, но нам нужен только пульс. Определить его не сложно - нужно найди два локальных максимума, соответствующих максимальной амплитуде систолической волны, вычислить дельту в секундах ∆T и далее BMP = 60/∆T .

Примеров гаджетов, которые используют данный способ, мы пока не нашли. Зато есть пример концепта имплантируемого датчика для контроля кровообращения артерии. Вот про него. Активный датчик сажается прямо на артерию, с хост-девайсом общается по индуктивной связи. Мы считаем, что это очень интересное и перспективный подход. Принцип работы понятен из картинки. Спичка показана для понимания размера:) Используется 4-х точечная схема регистрации и гибкая печатная плата. Думаю, при желании, можно допилить идею для носимого микро-гаджета. Плюс этого решения в том, что потребление такого датчика исчезающее мало.

Имплантируемый сенсор кровотока и пульса. Похож на аксессуар Джонни-Мнемоника.

В завершении этого раздела сделаем ремарку. В свое время мы считали, что таким способом измеряется пульс в известном стартапе HealBeGo, поскольку в этом устройстве базовая функциональность реализуется методом импедансной спектроскопии, что, по сути, и есть реография, только с изменяемой частотой зондирующего сигнала. В общем, все уже на борту. Однако согласно описанию характеристик прибора пульс в HealBe измеряется механическим методом с помощью пьезодатчика (про этот способ во второй части обзора).

Оптическая плетизмография или фотоплетизмографияя

Оптический – это самый распространённый способ измерения пульса с точки зрения массового применения. Сужение и расширение сосуда под действием артериальной пульсации кровотока вызывают соответствующее изменение амплитуды сигнала, получаемого с выхода фотоприемника. Самые первые устройства были применены в клинике и измеряли пульс с пальца в режиме просвета или отражения. Форма пульсовой кривой повторяет реограмму.

Иллюстрация принципа работы фотоплетизмографии

Способ нашел широкое использование в клинике и вскоре технология была применена в бытовых устройствах. Например, в компактных пульсоксиметрах, регистрирующих пульс и сатурацию кислородом крови в капиллярах пальца. В мире производится сотни модификаций. Для дома, для семьи вполне пойдет, но не подходит для постоянного ношения.


Пульсоксиметр обыкновенный и клипса для уха. Тысячи их!

Существуют варианты с ушными клипсами и наушниками со встроенными датчиками. Например, такой вариант от Jabra или новый проект Glow Headphones . Функциональность аналогична HRM ремешкам, но более стильный дизайн, привычное устройство, свободный руки. Постоянно носить затычки в ушах не будешь, но для пробежек на свежем воздухе под музыку в самый раз.

Наушники Jabra Sport Pulse™ Wireless и Glow Headphones. Пульс регистрируется внутриушным (in-ear sensor) способом.

Прорыв

Самым заманчивым было измерение пульса с запястья, ведь это такое привычное и комфортное место. Первыми были часы Мио Alpha с успешной компанией на Кикстартере.

Создательница продукта Лиз Дикинсон (Liz Dickinson) пафосно провозгласила это устройство Святым Граалем измерения пульса. Модуль датчика был разработан ребятами из Philips. На сегодняшний день это самое качественное устройство для непрерывного измерения пульса с запястья методом фотоплетизмографии.

Даешь умных часов много и разных!

Сейчас можно сказать, что технология отработана и внедрена в серийное производство. Во всех подобных устройствах реализуется измерение пульса по отраженному сигналу.

Выбор длины волны излучателя

Теперь пару слов, как выбирают длину волны излучателя. Тут все зависит от решаемой задачи. Обоснование выбора хорошо иллюстрировать по графику поглощения света окси и дезоксигемоглобина с наложенными на него кривыми спектральных характеристик излучателей.

Кривая поглощения света гемоглобином и основные спектры излучения пульсовых фотоплетизмаграфических датчиков.

Выбор длины волны зависит от того, что мы хотим измерить пульс и/или сатурацию насыщения крови кислородом SO2.

Просто пульс. Для этого случая важна область, где поглощение максимально – это диапазон от 500 до 600 нм, не считая максимума в ультрафиолетовой части. Обычно выбирается значение 525 нм (зеленый цвет) или с небольшим смещением – 535 нм (применено в датчике OSRAM SFH 7050 – Photoplethysmography Sensor).

Зеленый светодиод датчика пульса – самых ходовой вариант в смарт-часах и браслетах. В датчике смартфона Samsung Galaxy S5 использован красный светодиод.

Оксиметрия. В этом режиме необходимо мерить пульс и оценивать сатурацию крови кислородом. Способ основан на разнице в поглощении связанного (окси) и не связанного с (дезоки) кислородом гемоглобина. Максимум поглощения деоксигенированного гемоглобина (Hb) находится в “красном” (660 нм) диапазоне, максимум поглощения оксигенированного (Hb02) гемоглобина в инфракасном (940 нм). Для вычисления пульса используется канал с длиной волны 660 нм.

Желтый для EMVIO. Для нашего прибора EMVIO мы выбирали из двух диапазонов: 525 nm и 590 нм (желтый цвет). При этом мы учитывали максимум спектральной чувствительности нашего оптического датчика. Эксперименты показали, что разницы между ними практически нет (в рамках нашей конструкции и выбранного датчика). Любую разницу перебивают артефакты движения, индивидуальные свойства кожи, толщина подкожного слоя запястья и степень прижатия датчика к коже. Мы захотели как-то выделиться из общего “зеленого” списка и пока остановились на желтом цвете.

Конечно, измерения можно проводить не только с запястья. Есть на рынке нестандартные варианты выбора точки регистрации пульса. Например, со лба. Такой подход использован в проекте умного шлема для велосипедистов Life beam Smart helmet разработаного Израильской компанией Lifebeam. В предложениях этой фирмы есть еще бейсболки и солнцезащитные козырьки для девушек. Если постоянно носите бейсболку, то это ваш вариант.

Велосипедист доволен, что не нужно одевать HRM ремешок.

В целом выбор точек регистрации достаточно велик: запястье, палец, мочка уха, лоб, бицпес руки, лодыжка и стопа ноги для малышей. Полное раздолье для разработчиков.

Большим плюсом оптического способа является простота реализации на современных смартфонах, где в качестве датчика используется штатная видеокамера, а в качестве излучателя – светодиод вспышки. В новом смартфоне Samsung Galaxy S5 на задней стенке корпуса, для удобства пользователя, уже имеется штатный модуль датчика пульса, возможно и другие производители будут внедрять аналогичные решения. Это может стать решающими для устройств, в которых нет непрерывной регистрации, смартфоны вберут в себя их функционал.

Новые горизонты фотоплетизмографии

Дальнейшее развитие этого способа связано с переосмыслением функционала оптического датчика и технологическими возможностями современных носимых устройств в плане обработки видеоизображений в реальном времени. В итоге имеем идею измерения пульса по видеоизображению лица. Подсветкой является естественное освещение.

Оригинальное решение, с учетом того, что видеокамера является стандартным атрибутом любого ноутбука, смартфона и даже умных часов. Идея метода раскрыта в этой работе .

Субъект N3 явно напряжен – пульс под 100 уд/мин, наверно сдает работу своему руководителю Субъекту N2. Субъект N1 просто мимо проходил.

Сначала на кадрах выделяется фрагмента лица, потом изображение раскладывается на три цветовых канала и разворачивается по временной шкале (RGB trace). Выделение пульсовой волны основано на разложение изображения методом анализа независимых компонент (ICA) и выделения частотной составляющей, связанной с модуляцией яркости пикселей под действием пульсации крови.

Лаборатория Philips Innovation реализовала аналогичный подход в виде программы Vital Signs Camera для IPhone. Весьма интересная штука. Усреднение значений конечно большое, но принципиально метод работает. Аналогичный проект развивает .

Виды экранов Vital Signs Camera.

Так что в будущем системы видеонаблюдения смогут дистанционно измерять ваш пульс. Контора АНБ возрадуется.

Окончание обзора в следующем посте “Как умные часы, спортивные трекеры и прочие гаджеты измеряют пульс? Часть 2 ”. В той части мы расскажем об более экзотических способах регистрации пульса, которые используются в современных гаджетах.

Удачи! И еще раз пригашаем вас на сайт нашего проекта EMVIO .

Теги: Добавить метки