Как это работает? | Портативный пульсометр.
Пульсометр — это устройство для мониторинга частоты сердечных сокращений в реальном времени. Электрическая активность сердца была открыта в конце 19 века, а в 1902 году Виллем Эйнтховен стал первым, кто ее технически зарегистрировал с помощью струнного гальванометра и записал первую электрокардиограмму. Первый беспроводной ЭКГ-монитор сердечного ритма был изобретен в 1977 году в качестве учебного пособия для Финской национальной лыжной сборной. Розничная продажа персональных сердечных мониторов началась с 1983 года. В настоящее время пульсометры нашли широкое применение во всевозможных носимых устройствах: умных браслетах и часах. Как же работает современный пульсометр — об этом в сегодняшнем выпуске!
Наиболее распространенным способом измерения пульса носимыми устройствами является оптическая или фотоплетизмография. Впервые эта технология была реализована в часах Mio Alpha, которые оснащались измерительным датчиком компании Philips.
Оптическая плетизмография основана на измерении пульса человека с использованием датчика и специальных светодиодов. Оптический сенсор на обратной стороне браслета или часов излучает свет на запястье с помощью светодиодов, который поглощается тканями организма, в том числе кровью. При этом кровь поглощает больше света, чем, например, кожный покров. Изменение количества крови в сосудах сказывается на уровне поглощения света, что и фиксируется датчиком. А специальный алгоритм на основе полученных данных определяет частоту сердечного ритма.
Как правило, для измерения пульса используются зеленые светодиоды. Дело в том, что, будучи красной, кровь отражает красный цвет и поглощает зеленый. Для измерения пульса необходимо максимальное поглощение: а именно свет с длиной волны от 500 до 600 нанометров. Зеленый цвет соответствует 510-550 нанометрам.

Оптические датчики довольно точно определяют пульс при ходьбе и беге, однако при существенном повышении частоты пульса, например, до 160 ударов в минуту, кровь начинает проходить через область датчика слишком быстро, что сказывается на точности измерений. Еще одним фактором, снижающим достоверность результатов, может стать снижение кровотока в холодную погоду.
Довольно новым и еще не получившим популярность у инженеров является способ механического измерения пульса с помощью пьезоэлектрического датчика давления. Данный принцип реализован в браслете HealBe Go. На датчик работает вся конструкция устройства: ремешок обеспечивает растягивающее усилие на краях пьезодатчика, а корпус браслета придает необходимую жесткость и опору.
Также существуют концепты гибких датчиков для измерения пульса на основе золотых нанотрубок. Два датчика фиксируются на коже в районе запястья и шеи и регистрируют пульсовые волны. А затем по сдвигу фаз между сигналами вычисляется относительная скорость пульсовой волны между артерией на шеи и артерией на запястье. В настоящее время ученые развивают данную технологию, и вполне возможно, что в ближайшем будущем мы увидим совершенно новые датчики-пульсометры.
.
Последние новости
Как это работает пульсометр в смарт-часах.
В то время, когда медицина не имела современных технических средств диагностики, пульс измеряли, прикладывая палец к артерии, и считали количество толчков стенки артерии через кожу за определенный промежуток времени — обычно 30 секунд или одну минуту. Отсюда и пошло название этого эффекта — pulsus (лат. «Удар»), измеряемый в ударах в минуту.
После появления электрокардиографа (ЭКГ), пульс стали вычислять по сигналу электрической активности сердца, замеряя продолжительность интервала (в секундах) между соседними зубцами R на ЭКГ, а затем перечисляя в «удары в минуту» по простой формуле: СР = 60 / (RR- интервал).
Электрокардиограмма может многое сказать о наших сердцах и кроме пульса, но для снятия и расшифровки ЭКГ нужны оборудования и кардиолог, которых не возьмешь с собой на пробежку. К счастью, в современном мире практически каждый может позволить себе пульсометр, который будет определять частоту пульса во время бега и в состоянии покоя.
Идея измерения пульса с запястья спортсмена с помощью оптической плетизмографии без дополнительного ношения нагрудных ремешков выглядела очень заманчиво. Первыми эту идею реализовали в часах Mio Alpha, прозвав это устройство прорывом и новым витком в измерении пульса. Сам модуль измерительного датчика был разработан компанией Philips.
Свет, попадающий в кровоток, будет достаточно предсказуемо рассеиваться при изменении скорости кровотока (например, повышение сердечного выброса). Оптическая технология измеряет пульс с помощью светодиодов, которые оценивают кровоток на запястье. Это означает, что вы можете измерять пульс без использования нагрудного датчика. На практике это работает так: оптический сенсор на обратной стороне часов излучает свет на запястье с помощью светодиодов, и измеряет количество рассеянного кровотоком света.
Метод регистрации пульса для фотоплетизмографичних датчиков
Для измерения пульса важная область с максимальным поглощением — это диапазон от 500 до 600 нм. Обычно выбирается значение 525 нм (зеленый цвет). Зеленый светодиод датчика пульса — самый ходовой вариант в смарт-часах и браслетах.
Сейчас эта технология хорошо отработана и внедрена в серийное производство. Спектр устройств с подобной технологией достаточно широкий (смартфоны, браслеты-трекеры, часы), а производители спортивных устройств тоже не отстают — все наиболее значимые компании расширяют линейку пульсометров моделями с оптическими датчиками.
Ошибки в работе оптических датчиков
Считается, что оптические датчики довольно точно определяют пульс при ходьбе и беге. Однако, при повышении частоты пульса, скажем, до 160 уд / мин, кровоток настолько быстро проходит через область датчика, измерения становятся менее точными.
Кроме этого, на запястье, где не так много ткани, но много костей, связок и сухожилий, любое снижение кровотока (например, в холодную погоду) может исказить работу оптического датчика пульсометра.
В одном небольшом исследовании был проведен сравнительный анализ точности нагрудных и оптических датчиков пульсометров. Испытуемых разделили на две группы, в одной группе пульс измерялся с помощью нагрудного датчика, а в другой — с помощью оптического. Обе группы проходили тест на беговой дорожке, они сначала шли, а потом бежали, в этом время регистрировалась частота пульса. В группе с нагрудным кардиодатчики точность измерения СР была 91%, тогда как в группе с оптическим датчиком она составила лишь 85%.
Нельзя забывать и о специфических ситуации, когда оптический датчик может не работать. Надетые поверх беговой куртки часы, наличие татуировки на запястье и тренировки в спортзале — все это может привести к ошибкам в измерении пульса с помощью оптических датчиков.
Несмотря на это, технологический прогресс в измерении СР привел к появлению полезной альтернативы нагрудным ремней, и при устранении ряда недостатков оптических датчиков мы получим еще один мощный и точный инструмент наблюдения за пульсом во время занятий спортом.
Какие беговые показатели позволяет получить пульсометр
Строго говоря, продвинутая беговая динамика измеряется при наличии нагрудного ремня. Внешне обычный, внутри датчик состоит из трансмиттера и акселерометра, благодаря которому и происходит анализ движения бегуна. Те же акселерометры есть в телефонах, футподах и браслетах-трекерах.
До продвинутых беговых показателей относят три величины: при контакте с землей (ground contact time), вертикальные колебания (vertical oscillation) и частоту шагов, или каденс (cadence).
Контакте с землей (ground contact time, GCT) показывает как долго ваша стопа находится на поверхности земли во время каждого шага. Измеряется в миллисекундах. Типичный бегун любитель тратит на контакт с поверхностью 160-300 миллисекунд. При повышении скорости бега значение GCT укорачивается, при замедлении — растет.
Существует взаимосвязь между временем контакта с землей и частотой развития травм, а также мышечным дисбалансом в бегуна. Уменьшение времени контакта с землей снижает частоту травм. Одним из самых действенных способов уменьшить этот показатель считается укорочение шага (повышение каденсом), укрепление ягодичных мышц и включение коротких спринтов в программу тренировок.
Вертикальные колебания (vertical oscillation, VO). Посмотрите на любого профессионального бегуна — вы увидите, что верхняя половина их тела делает совсем незначительные движения, в то время как основную работу по перемещению бегуна выполняют ноги.
Вертикальные колебания определяют насколько ваша верхняя половина «подпрыгивает» при беге. Эти подпрыгивание измеряются в сантиметрах по какой-то фиксированной точки (в случае нагрудного ремня — это сенсор, встроенный в нагрудный датчик).
Частота шагов или каденс (cadence). Как понятно из названия показателя, он демонстрирует количество шагов в минуту. Немаловажный параметр, оценивает экономичность бега. Чем быстрее вы бежите, тем выше каденс. Считается, что частота около 180 шагов в минуту является оптимальной для эффективного и экономичного бега.
Пульсовые зоны (heart rate zones). Зная максимальный пульс, различные модели беговых часов могут разбивать ваши тренировки по пульсовых зонах, показывая, сколько времени в ходе тренировки вы провели в той или иной зоне.
У разных производителей эти зоны обозначены по-своему, но их можно разделить на следующие типы: восстановительная зона (60% от максимального СР), зона для тренировки выносливости (65% -70% от максимального СР), зона тренировки аэробной емкости (75 82 % от максимальной СР), зона ПАНО (82-89% от максимального СР) и зона максимального аэробной нагрузки (89-94% от максимального СР).
Благодарю за внимание! 🙂
Помните, что измерение и контроль СР во время тренировок — надежный способ улучшить результаты и избежать перетренированности.
Как работает пульсометр в носимой электронике.
Различная носимая электроника для спортивного применения оснащается датчиками, отслеживающими активность человека. В их число могут входить акселерометр, шагомер, GPS-приемник, датчик положения, пульсометр и другие сенсоры. Если с акселерометром все более-менее понятно, шагомером и гироскопом тоже, а работа GPS основана на измерении временных изменений в скорости прохождения сигнал от спутников до устройства, то с датчиком сердечного ритма все не так просто. Многие не в курсе, как работает пульсометр и по какому принципу получает данные.
Как измеряют пульс различные приборы
Существует три базовых способа измерения частоты сердечных сокращений, регистрируемых с помощью пульса: механический, электрический и оптический. Первый применяется в обычных тонометрах, фиксирующих частоту перепадов давления (тех самых 120/80 для здорового человека), вызванных работой сердца. Электрический метод возможен благодаря тому, что в процессе сокращения сердечные мышцы вырабатывают микротоки. Он чаще всего используется в оборудовании для снятия ЭКГ и нагрудных датчиках измерения пульса.
Недостатком механического и электрического методов измерения пульса является потребность в плотном контакте датчика с телом. В первом случае сенсор должен прижиматься к коже в месте неглубокого залегания большого сосуда, во втором – находиться как можно ближе к сердцу. Поэтому для оборудования вроде фитнес-браслета или смарт-часов оба варианта не подходят. Браслет, без малейшего зазора зажатый на запястье, может ухудшать кровоток (что опасно), а снятие электрических импульсов требует использования выносного датчика.
Указанных недостатков лишен оптический пульсометр, которому нужно всего лишь иметь контакт с кожей, причем не обязательно плотный. Расположенный на нижней крышке часов или трекера, он не мешает пользователю, не оказывает влияния на кровоток, потребляет мало энергии и передает данные с достаточно высокой точностью. Поэтому именно оптические датчики сейчас используются наиболее широко.
Как работает оптический пульсометр
В основе работы оптического пульсометра, используемого в носимой электронике, лежит технология фотоплетизмографии. Такой сенсор состоит из светодиодов, испускающих свет, и датчиков, регистрирующих уровень его отражения.
Так как кровь человека имеет красный цвет (то есть, лучше всего отражает оптическое излучение, соответствующее красному), для лучшей точности необходимо использовать другой оттенок, хорошо поглощаемый ею. Таковым является зеленый, расположенный на спектральном круге напротив красного, а значит, хорошо поглощаемый кровью.
Кожа человека содержит множество тонких капилляров, наполненных кровью. В момент, когда сердце сокращается, давление крови повышается, она активнее поступает в сосуды, а значит, поглощает больше света. Датчик регистрирует это, и путем подсчета количества таких всплесков за минуту смарт-часы или фитнес-браслет определяют частоту сердечного ритма.
Плюсы и минусы пульсометра в смарт-часах и фитнес-трекерах
Достоинствами оптического пульсометра являются относительная простота устройства и невысокая цена, приемлемая точность срабатывания, отсутствие воздействия на организм. Однако есть у него и недостатки. Во-первых, при ношении браслета или часов с таким датчиком желательно соблюдать хороший контакт сенсора с телом.
Конечно, затягивать ремешок «до посинения» ни в коем случае нельзя, но и чрезмерного гуляния по запястью тоже следует избегать. Ведь в таком случае болтающийся на руке датчик может расценить приближение к коже на лишний миллиметр, как удар сердца, а в момент отдаления – пропустить настоящее сокращение. В итоге показатели, зафиксированные электроникой, могут отличаться от реальных не на пару-тройку ударов в минуту, а гораздо сильнее, тем самым снижая ценность полученных показаний.
Еще один минус оптических пульсометров – зависимость от реакции организма на холод. При охлаждении тела кровоток в капиллярах снижается, прибору становится гораздо труднее улавливать сокращения сердца. Поэтому если вы принадлежите к категории людей, у которых в прохладную погоду (даже при физических нагрузках) руки быстро светлеют и становятся холодными, оптический пульсометр может искажать данные, полученные в ходе осенних пробежек.
Наконец, третий недостаток пульсометров оптического типа – возможные погрешности при высокой частоте сердечного ритма. Если под большой нагрузкой пульс переваливает за 150-170 уд/мин – скорость кровотока становится слишком высокой. Моменты диастолического давления (нижнего, когда сердце расслабляется) длятся минимум времени и почти не отражаются на капиллярном кровотоке. В результате датчик не может распознавать эти моменты и начинает показывать «погоду на Марсе».
Заключение
Учитывая все приведенные достоинства и недостатки оптических пульсометров, используемых в современной носимой электронике, стоит сформировать несколько правил, способствующих получению наиболее точных результатов. Во-первых, не стоит слишком свободно застегивать ремешок часов или трекера, особенно если вы много двигаете руками.
Во-вторых, следует избегать переохлаждения запястья в холодную погоду. Для этого можно во время осенних пробежек носить одежду с рукавом, чтобы участок кожи с часами/браслетом был в тепле.
Наконец, третий совет – не перегружать сердце во время физической активности и доверяться не только «бездушной железяке», но и своим ощущениям. Если вы чувствуете, что сердце стучит как отбойный молоток, а прибор показывает безобидные 90 уд/мин – возможно, он не в силах уловить реальный ритм из-за слишком быстрого пульса.
Возможно у Вас есть свои мнения на тему «Как работает пульсометр в умных часах»? Напишите об этом в комментариях.
Загрузка...