Наручные часы с частотой сердечных сокращений. Пульсометр на палец: характеристики и обзор функций

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?

центр

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.

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…
• ЛУЧШИЕ ТРЕКЕРЫ ДЛЯ… Отслеживания данных по…

Всем доброго времени суток.

На почте мне выдали небольшой бумажный конвертик внутри которого находились заказанные мною часы. Из дополнительных средств защиты часов в пути был пупырчатый пакетик:)


Помимо часов внутри пакетика находилась небольшая инструкция на английском и китайском языках.


Корпус часов изготовлен из пластика, такое чувство, что ремешок изготовлен из того же материала - он ужасно твердый, гнется с трудом:) Какого-либо постороннего запаха обнаружено не было, что порадовало. К качеству изготовления у меня особых претензий не возникло - все деталь подогнаны друг к другу хорошо. Стекло, а так же задняя крышка были заклеены защитной пленкой. Вокруг стекла идет вставка из серого пластика, которая придает некий интерес внешнему виду, без нее часы выглядели бы на много хуже.

Весят часы 44 грамма.


Во время работы часы выглядят следующим образом:


На экране отображается дата, месяц, время, а так же статус будильника. К минусам тут можно отнести то, что нет отображения дня недели и время показывается только в 12 часовом формате АМ/РМ.

Настройка часов осуществляется при помощи 4 кнопочек, каждая из которых подписана, так что рассказывать об их назначении я не стану. Кнопки немного возвышаются над корпусом часов, так что с их нажатием проблем не возникает.


В часах реализованы следующий функции:
- будильник:


- секундомер:


- режим физ нагрузки (задается время занятия упражнением и введя свои антропометрические данные, можно узнавать приблизительное количество потраченных калорий):


- ну и самая интересная для меня функция - пульсометр:


Измерение пульса осуществляется при помощи специального датчика, расположенного на правой стороне корпуса часов. Закрыт датчик красным пластиком и его устройство для меня пока что неразгаданная загадка.


Для измерения частоты ударов сердца в минуту необходимо включить на часах функцию пульсометра и приложить палец к датчику. По истечении 10 секунд часики громко пропищат и полученные данные отобразятся на их экране. Признаться честно, сперва я подумал, что этот датчик бутафорский, а на экране отображается случайное число. Однако, если не прикладывать палец к датчику, то часы выдают ошибку, то есть пишут о том, что надо повторить измерения.


Если же все делать по инструкции, то на экране появляются данные:)


И вот тут у меня возник вопрос о том, на сколько правдивы эти цифры? Самому считать пульс мне лень и потому в качестве контрольного прибора я решил использовать автоматический тонометр Microlife BP 3AG1 в точности которого сомневаться причин у меня нет. Для точности получения результатов замеры проводились одновременно на одной и той же руке. И скажу вам, самые первые результаты меня поразили:


Разница всего лишь в 1 удар:) Пульс немного повышен - замеры делались после небольшой физ. нагрузки.

Для подтверждения полученных результатов примерно через 5 минут я повторил тест на тех же самых условиях.


Разбежка увеличилась, но не критично, что позволяет нам сделать об относительной точности получаемых данных.

Немного позже я узнал, что чем больше нагрузка - тем точнее получаемые данные. Надо будет проверить как-нибудь…

И вот тут мне стало очень интересно взглянуть на внутреннее устройство часов. Вернее как устроены сами часы я представляю, а вот как устроен датчик мне было непонятно. Если верить гуглу, то пульсометры работают по следующей схеме - электронные сигналы работы сердца, возникающие в результате его сокращений, передаются от датчика к принимающему устройству, которое, в свою очередь, их обрабатывает и показывает на дисплее.

Разбираются часы легко и просто - задняя крышка у них крепится всего лишь на 4 винтиках, которые выкручиваются без проблем.


Вот только после снятия крышки я ничего нового не узнал:(Внутренности часов закрыты белой пластиковой вставкой.


Дальше разбирать я не стал, поскольку обратно собрать часы мне навряд ли бы удалось…

А вот так часы выглядят на руке:


Как по мне, так они слишком маленькие для взрослого человека:)

Подводя итог всему выше написанному хочу сказать, что покупка оказалась больше интересной, нежели полезной. В первую очередь данные часы могут быть интересны людям занимающимся спортом - с их помощью можно достаточно быстро и относительно точно получить данные о вашем пульсе. Мне же было интересно как они работают и на сколько точные данные результаты с их помощью можно получить - теперь я это знаю, а сами часы уйдут в качестве презента одному из племянников:)

На этом, пожалуй, все. Спасибо за внимание и потраченное время.

Разнообразие пульсометров может запутать даже искушенных атлетов - большое количество производителей сейчас осваивают рынок спортивных часов и фитнес трекеров. Однако, несмотря на разнообразие предложения, все пульсометры похожи по принципу своего действия.

Кардиосигнал

У нашего сердца есть электрическая активность - впрочем, есть она и у других органов, но это уже другая история. Именно сердце было первым органом, активность которого точно измерили с помощью специальных приборов - это было еще в 1902 году. С тех пор технологии изрядно изменились и теперь прибор для измения пульса весит меньше 100 грамм вместо начальных 270 кг (!).

Итак, нагрудная лента монитора сердечного ритма имеет как правило 2 электрода и передатчик, который транслирует данные в устройства - часы, телефон или планшет.

Точность таких измерений весьма высока - производители заявляют о 99% совпадении с данными ЭКГ. Полученные таким образом данные как правило дают возможность анализировать не только данные частоты сердечных сокращений, но и R-R интервалы, что также может быть полезным.

Недостатком подобного способа измерения пульса является необходимость ношения датчика, а также то, что время от времени у него будет садиться батарейка - менять ее следует не часто, но тем не менее.

Именно этот способ измерения пульса предпочитают все серьезно тренирующиеся спортсмены, как профессионалы, так и любители.

Но прогресс не стоит на месте и в последние годы популярность приобретают другие способы измерения пульса, не требующие ношения ленты - такие как плетизмография.

Плетизмография

Это загадочное слово означает метод исследования кровотока, основанный на регистрации колебаний объема какой-либо части тела, связанный с динамикой кровенаполнения сосудов.

В спортивных гаджетах, в основном, применяется фотоплетизмография - то есть наполнение сосудов регистрируется с помощью оптического датчика.

Происходит это так - одна деталь датчика, излучатель, «просвечивает» нужную часть тела, а другая деталь принимает отраженный от тканей сигнал. Сужение и расширение сосудов, вызванное артериальной пульсацией, будет менять характеристики отраженного сигнала.

На данный момент есть несколько способов реализации технологии (заметим, что здесь мы говорим о проверенных производителях и массово распространенных устройствах).

Первый - это измерение пульса в ушной раковине, которое предлагает бренд Jabra. Для измерения пульса нужно вставить в ухо специальный наушник модели Jabra Pulse , который, помимо измерения пульса, будет проигрывать музыку с вашего плеера или смартфона, а также давать вам голосовые подсказки о ходе тренировки или о входящих вызовах.

Устройство умеет передавать пульс как на смартфон, так и на часы, работающие с Bluetooth Smart - Polar V800 , например.

Второй вариант реализации - это измерение пульса с места непосредственного расположения часов, то есть с запястья.

Многие производители спортивных гаджетов активно пользуются этой технологией, не стал исключением и Polar - в 2015 году свет увидели часы . Часы представляют собой синтез фитнес трекера и спортивных часов, измеряеют пульс с запястья, но при этом дружат и с нагрудной лентой - если вам нужны очень точные данные о пульсе.

Недостатки оптических датчиков

Технология пока несовершенна, но отвечает потребностям большинства спортсменов-любителей в мире.

На точность отображаемых данных влияет температура окружающей среды - прибор может немного «врать» на холоде.

Кроме того, при особо интенсивных движениях, например на резких беговых ускорениях, датчик немного перемещается на руке, трясется - результатом могут быть некорректные данные пульса.

Также к неправильным показаниям может приводить и резкий скачок пульса при нагрузке - наши тестирования показали, что оптические датчики не очень хорошо справляются с подобными ситуациями.

Для получения точных данных ремешок таких часов должен быть плотно прижат в руке пользователя - иначе принимающий сенсор просто не сможет точно принять отраженный сигнал.

Однако, для повседневного измерения пульса, а также для тренировок умеренной интенсивности - подобные часы вполне подходящий вариант.

Итоги

Итак, если вы любитель здорового образа жизни и ваша физическая активность обходится без работ на пределе своих возможностей, взрывных ускорений и очень резких движений, вы вполне можете пользоваться гаджетом с оптическим датчиком, таким как Jabra или .

Если же ваши тренировки включают в себя серьезные работы, связанные с резкими ускорениями, тряской (на маунтибайке или трейлах например), вы тренируетесь в холодную погоду - мы советуем вам использовать старую добрую нагрудную ленту. Кстати, вы можете использовать А360 вместе с нагрудной лентой, надевая ее на серьезные тренировки, а в остальное время используя оптический датчик.

А мы ждем от производителей новых технологий и предложений!

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 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 “ ”. 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:

• измерение пульса
• пульсометры
• носимые устройства
• гаджеты
• emvio

Добавить метки

Становятся простыми и наиболее эффективными. Это небольшое устройство, похожее на наручные часы, при помощи датчика определяет частоту сердечных сокращений (пульс), что особенно актуально для спортсменов во время тренировок. Устройства для велосипедистов крепятся на руль. Постоянно носить пульсометр рекомендуется людям страдающим заболеваниями сердца и сосудистой системы, что позволяет контролировать нарушения в сердечном ритме. Устройство поможет избежать переутомления. В настоящей статье рассказывает о видах пульсометров, о том на что необходимо обратить внимание при выборе пульсометра, а также о том, какой пульсометр лучше выбрать и купить в магазине.

История появления пульсометра

Создание первого в мире пульсометра пришло в голову профессору и будущему основателю компании Polar Сеппо Сайнаякангас в 1975 году. Прогуливаясь на лыжах недалеко от своего дома в городе Кемпеле в Финляндии, он встретил своего друга, работающего тренером. Между ними завязался разговор о методах самого точного измерения пульса у спортсменов во время проведения тренировки. С тех пор профессор решил изменить тренировочный процесс. В 1979 году был оформлен первый патент на устройство, а в 1982 году запущено серийное производство первого пульсометра модели The Sport Tester PE2000.

Принцип работы пульсометра

Работает пульсометр по принципу аппарата ЭКГ. Действие устройства происходит следующим образом: электронные сигналы работы сердца, возникающие в результате его сокращений, передаются от датчика к принимающему устройству, которое, в свою очередь, их обрабатывает и показывает на дисплее. Эти данные можно сохранять и воспроизводить после тренировок.

Виды пульсометров

Большинство пульсометров представляют собой комплект из браслета и датчика. По конструкции датчика пульсометры делятся на 3 вида:

- Со встроенным в браслет датчиком . Такой вариант встречается в наручных устройствах, он наиболее неточный в измерениях.

- Устройство с нагрудным датчиком дает наиболее точные измерения. Специальным ремнем датчик крепится на груди и не сползает во время тренировок, а также не стесняет движений.

- С датчиком на пальце или мочке уха. Такое устройство не самое точное в измерениях, а датчик может сползти или упасть во время тренировки.

По конструкции устройства пульсометры бывают проводные и беспроводные.

В проводном устройстве датчик соединяется с браслетом гибким проводом. У такой не очень удобной конструкции есть некоторые преимущества. Так, во время тренировки будут фиксироваться только показатели владельца пульсометра, а не соединится с сигналами приборов людей находящихся рядом. Сигнал у проводного устройства точный и устойчивый, поэтому такая модель рекомендуется людям с нарушениями сердечного ритма и давления.

В беспроводных пульсометрах сигнал передается по беспроводной связи, что не сковывает движений человека. Такое устройство наиболее подойдет для занятий спортом, требующих частой смены положения тела. Стоит отметить, что если рядом будут находиться люди с таким же видом пульсометра, то сигнал будет искажаться и появятся неточности в измерениях. Для исключения такого неудобства можно приобрести модель устройства с кодированным сигналом только для определенного браслета, что увеличит точность измерений, но такой пульсометр стоит гораздо дороже обычного беспроводного.

Как выбрать пульсометр правильно

Выбирая пульсометр, необходимо обращать внимание на его производителя. Лучше отдать предпочтение наиболее известной фирме пусть даже и по более высокой цене. Низкая стоимость устройства указывает на его нестабильную работу и ненадежность.

Еще одним важным фактором является вид элемента питания прибора. Лучше всего выбрать пульсометр со стандартным элементом питания, который можно заменить самостоятельно, а не с таким, который нужно будет менять только в специализированной мастерской.

Стоит обратить внимание и на удобство использования устройства. Монитор должен быть легко читаемым с большими цифрами, благодаря чему удобно следить за показателями во время тренировки.

Какие функции необходимы при выборе пульсометра

Из дополнительных функций пульсометра полезными будут встроенный секундомер, достаточный объем памяти для хранения прошлых показателей, возможность программирования режима тренировки. Можно выбрать устройство, которое работает как часы. Альпинисты могут приобрести пульсометр с компасом и высотомером.

Хорошим дополнением будет сигнал о превышении допустимого числа сердечных сокращений. Сигнал может быть звуковым или в виде вибрации браслета.

Многие современные модели выпускаются со встроенным wi-fi или bluetooth, которые позволяют передавать данные с пульсометра на мобильное устройство или компьютер. Для этого на них устанавливается специальное приложение, сохраняющее данные о последних тренировках. В некоторых видах приложений можно даже проанализировать свои достижения.

Для желающих сбросить лишний вес можно приобрести пульсометр с подсчетом калорий.

Где покупать

Купить пульсометр можно в любом магазине, реализующим товары для спорта или заказать в онлайн-магазине не выходя из дома. Перед покупкой необходимо определиться какой набор функций необходим, что позволит сэкономить. При покупке стоит обратить внимание на наличие инструкции по пользованию.

Основные производители

Кроме создателя первого в мире пульсометра компании Polar, на рынке также зарекомендовали себя качественные устройства таких производителей, как Sigma, Beurer, Oregon, Garmin, Suunto.

Примерные цены

Цена пульсометра зависит от производителя и от выполняемых функций. Самые простые и недорогие модели с узким набором функций можно приобрести по цене от 600 рублей. Средний ценовой сегмент более качественных и удобных в использовании пульсометров с большим количеством функций начинается от 3 000 рублей. Дорогие модели устройств с кодированным сигналом и несколькими встроенными языками можно приобрести по цене от 19 000 рублей.

Пульсометр - это незаменимая вещь для людей, активно следящих за своим физическим состоянием и здоровьем.

Интернет-издание " "