Ecg ppg что это
Как работает ЭКГ в умных часах и других гаджетах
Что нужно знать о технологиях отслеживания здоровья с помощью носимой электроники.
Обновление: февраль 2021г.
Что такое ЭКГ?
Большинство носимых устройств на рынке в настоящее время имеют оптические датчики сердечного ритма. Это датчики, которые используют мигающие светодиоды для проникновения под кожу и обнаружения кровотока. Когда излучаемый датчиком свет отражается от потока крови, он фиксируется самими датчиками. Затем, с помощью собственного алгоритма гаджет вычисляет данные о частоте сердечных сокращений. Но этот способ измерения не так точен, как должен быть при необходимости медицинского измерения.
Поэтому разработчики обратили внимание на ЭКГ. Вместо того, чтобы измерять кровоток, ЭКГ предназначен для измерения качества работы сердца.
Это название прибора, который часто можно услышать в медицинских учреждениях и относится он к электрокардиографу, использующемуся для выявления любых сердечных нарушений.
Как работает технология?
ЭКГ записывает незначительные электрические сигналы, которые генерируются биением сердца, и фактически представляют собой след. Это позволяет специалистам, машинам или носимым устройствам лучше понять, как работает сердце и определить, есть ли какие-либо отклонения.
Электрокардиограф в медицинских условиях обычно требует установки электродов на кожу в районе сердца, которые измеряют электрическую активность, производимую сердцем, когда оно сжимается. Собранные данные электрической активности отправляются в прибор, который записывает информацию и анализирует сердечный ритм, а также обнаруживает нарушения.
Но технология, применяемая в Apple Watch (и других устройствах с функцией измерения ЭКГ для домашнего использования), работает по-другому.
Например, вместо того, чтобы крепить электроды на кожу, в случае с Apple Watch необходимо держать палец на цифровой короне устройства. Следует подождать 30 секунд и электрическая активность сердца отобразится красной нитью на экране часов. После окончания замеров приложение сообщит, зафиксировал ли датчик нормальное сердцебиение (синусовый ритм), или ненормаль ное сердцебиение.
В Fitbit Sense, при открытии приложения ЭКГ будет предложено приложить пальцы к углам рамки часов на те же 30 секунд, чтобы снять показания. Затем экран покажет результат: нормальный синусовый ритм, наличие признаков фибрилляции предсердий и точность результатов.
В умных часах Samsung с функцией ЭКГ сенсорная кнопка используется в качестве датчика, на который также нужно положить палец на 30 секунд. После этого устройтсво измерит частоту сердечных сокращений и ритм, классифицирует их как синусовый ритм (нормальный) или AFib.
Как технология ЭКГ может спасти жизнь?
ЭКГ, выполненная медицинским работником, может выявить многие проблемы с сердцем. Действительно, ЭКГ-устройства, разработанные для использования дома или в качестве носимой электроники, еще не так эффективны. Тем не менее, приведем далее несколько вариантов, при которых эта технология, применяемая в часах Apple или KardiaBand, может спасти жизнь.
Это заболевание сердца, которое может вызвать нерегулярное и ненормально быстрое сердцебиение. Это достаточно распространенное нарушение сердечного ритма и потенциально может оказаться смертельным. Кстати, это единственный тип измерений, одобренный FDA для гаджетов Apple и AliveCor. Писатель ZDNet Джейсон Перлоу принимал участие в ранних испытаниях Apple по выявлению мерцательной аритмии и выявил проблему с сердцем в 2018 году благодаря собранным данным. Персональные устройства достаточно эффективны для распознавания данного вида аритмии (нерегулярное сердцебиение). Причина подобной эффективности проста – измерения можно провести в любое время.
Это означает, что можно провести быстрое 30-секундное измерение ЭКГ, когда пользователь почувствует симптомы. Это позволит лучше понять причины, которые могли привести к изменениям ритма. Например, если владелец только что вернулся с пробежки.
Доктор Джулия Рейнольдс, заместитель директора Агентства по инновациям, утверждает, что иногда по этой причине пациентам даже прописывают Kardia Mobile. «Физическим лицам может быть предоставлено мобильное устройство ЭКГ, если они обеспокоены тем, что у них может возникнуть пароксизмальная фибрилляция предсердий ». Таким образом, если они чувствуют признаки и симптомы, они могут взять портативное устройство ЭКГ».
Нарушения сердечного ритма (аритмия)
Команда в AliveCor смогла использовать данные из KardiaBand для обнаружения синдрома удлиненного интервала QT (LQTS), который может вызвать нерегулярное сердцебиение, приводящее к потере сознания или даже к внезапной смерти.
Как и мерцательная аритмия, одна из причин, по которой персональные устройства ЭКГ позволяют обнаруживать такое состояние, как LQTS, заключается в том, что оно часто вызывается физическими упражнениями и стрессом. То есть, даже если пользователь осуществил измерение ЭКГ на стационарном аппарате, не факт, что данное нарушение будет обнаружено. Но возможность провести измерение в любом месте и в любое время, в тренажерном зале или вдали от цивилизации, может спасти жизнь.
В ходе исследования была протестирована стандартная ЭКГ в 12 отведениях (подобная той, которую используют в медицинских учреждениях) в сравнении с мобильной ЭКГ, и приложение AliveCor обнаружило, что мобильная версия была эффективной при выявлении ИМБП с высокой чувствительностью по сравнению с профессиональным тестом.
Общий контроль организма
Обнаружение сердечного приступа или мерцательной аритмии может спасти жизнь, но технология ЭКГ может также помочь составить более точную картину здоровья организма и уровня физической формы.
В сочетании с данными о температуре тела, частоте дыхания и уровнях стресса можно использовать измерение ЭКГ, чтобы узнать больше о своем теле и о том, как оно реагирует на физические нагрузки. Для тех, кто серьезно относится к спортивным тренировкам, это делается с помощью вариабельности сердечного ритма (ВСР) и среднеквадратического значения последовательных различий (RMSDD), которое идентифицирует время между пиками сердцебиения и помогает тренироваться более эффективно и безопасно.
Проблема ложных срабатываний
Доказано, что персональные устройства ЭКГ спасают жизни, но, с другой стороны, они все еще могут пропускать серьезные проблемы или ложно заставлять людей беспокоиться о возможных проблемах с сердцем. Доктор Граймс называет их «ложными срабатываниями». Хотя многие медики предупреждают людей с осторожностью относиться к результатам подобных измерений, полученных с помощью пер сональных устройств, более широкий и полный контроль над здоровьем пользователя в домашних условиях со временем станет более распространенным.
На наш взгляд это значит, что прогресс не стоит на месте. Вместо того, чтобы публично сомневаться в точности результатов измерений, специалистам лучше информировать пользователей о том, что данные могут быть неточными и лучше обратиться к врачу, если измерения вызывают беспокойство.
Гаджеты с поддержкой измерения ЭКГ
Актуальные модели смарт-часов с поддержкой измерения ЭКГ:
Apple Watch Series 4/5/6/7
Fitbit Sense
Samsung Galaxy Watch 4
Samsung Galaxy Watch Active 2
Watch Active 2 были первыми умными часами Samsung, в которых появился датчик ЭКГ и считываются эти показания так же, как и в Galaxy Watch 3. Умные часы были обновлены для поддержки этой функции. Как и старшая модель, функция активирована в Южной Корее, США, Европе и в этом году появится во многих других странах мира.
Withings Move ECG
Первые гибридные часы, которые могут считывать показания электрокардиограммы, помогая выявлять признаки мерцательной аритмии, ЭКГ Move также обладают влагозащитой до 50 метров и автоматически отслеживают активность.
К сожалению, модель в настоящее время все еще проходит клиническую проверку FDA в США, хотя гибриды уже доступна в ЕС.
Withings ScanWatch были анонсированы в Лас-Вегасе, в начале января 2020 года. В новой модели также есть ЭКГ и датчик SpO2 для обнаружения апноэ сна. Эта модель также ожидает одобрения FDA, но компания рассчитывает на старт продаж во втором квартале 2020 года.
Coros Vertix 2
Amazfit Verge 2
Пожалуй, одни из самых интересных умных часов под брендом Amazfit, Verge 2 были представлены относительно недавно и также получили технологию измерения ЭКГ. По мнению менеджеров компании, это поможет гаджету составить конкуренцию Apple Watch. Замеры производятся с помощью действующего ИИ-чипа Huami’s Huanghan No.1.
Эта микросхема оснащена биометрическим кардио-датчиком для более точного мониторинга частоты сердечных сокращений, в том числе для выявления нарушений ритма сердца и мерцательной аритмии. Однако, на данный момент, Verge 2 доступны только в Китае. Планируется запуск в США и Европе.
QardioCore
Датчик Qardio легко можно спутать с нагрудным пульсометром. При этом он использует технологию измерения ЭКГ, которая может отправлять на телефон данные о сердечном ритме пользователя и его вариабельности, измерять частоту дыхания, температуру тела и физическую активность. По аналогии с AliveCor (специальный ремешок для умных часов Apple), QardioCore используется для ежедневного или еженедельного профилактического измерения состояния здоровья в домашних условиях, между в изитами в поликлинику. Ока гаджет доступен Канаде, Европе и Австралии. В США Qardio только в состоянии получения разрешения FDA.
Hexoskin Smart
Умная одежда нового поколения. Обладает возможностью измерения ЭКГ, в том числе, для непрерывного мониторинга сердечного ритма. Основатели компании утверждают, что технология клинически одобрена. Одежда обладает возможностью синхронизации со смартфонами на Ios и Android. Дополнительно, существует возможность измерения вариабельности сердечного ритма для контроля уровня стресса, мониторинга тренировок и определения усталости организма.
14 дней гонял браслет без выключения по всем менюшкам. Получил дополнительную информацию, которую не найти у продавца. Кто думает покупать — читайте дальше.
Я маюсь гипертонией и аритмией. С контролем гипертонии у меня проблем нет, т.к. владею двумя Омронами и одним механическим тонометром. А с контролем аритмии дела обстоят сложнее, поскольку ее нужно выслеживать. Обычно для выявления аритмии используют прибор, регистрирующий суточную электрокардиограмму (ECG Holder мониторинг) и соответствующую программу статистической обработки данных, которая вычисляет степень вариаций сердечных сокращений (HRV). Процедура стоит немалых денег. Достаточно сказать, что стоимость одного Holder мониторинга в медицинских центрах начинается от 20 долларов, а при лечении аритмии их нужно делать многократно.
Тем не менее, мою аритмию впервые засекла медсестра на единственной 30 секундной кардиограмме, поэтому мне пришла в голову мысль обзавестись домашним электрокардиографом, который я смогу запускать многократно в любое время суток и анализировать кардиограмму. Аритмия хорошо видна на кардиограмме. Если на 10 снятых кардиограммах я не обнаружу сбоя ритма, то это будет для меня положительным сигналом об успешности лечения.
Полгода я искал электрокардиограф среди фитнес браслетов, у которых есть функция записи злектрокардиограмм на смартфон. Дополнительный функционал браслета особо не интересовал. Были пожелания по возможно меньшей стоимости, большему времени активной работы от одной зарядки и большому дисплею.
Наконец нашел что-то похожее. Обозреваемый браслет приобретен по акции да еще со скидкой 4$ за ОЕМ поставку на довольно стремном сайте с рейтингом 92.2%. Продавец оказался нормальным. Доставка заняла 20 дней. Товар пришел в пакете без коробки, но браслет и магнитный USB кабель были хорошо упакованы в пупырку. К браслету прилагалась инструкция-гармошка — 9 маленьких страничек на английском и 18 страничек на китайском языках.
Очень советую посмотреть товар во всей красе на сайте продавца. Как по мне, реклама сделана очень хорошо, а фотографии сплошное удовольствие. Мои фото — только тень того, что на сайте.
Модуль браслета прямоугольной формы. Снизу присутствует оптический датчик, два контакта электрокардиогафа и контакты магнитной зарядки. Сверху — дисплей и контактная площадка кардиографа для пальца правой руки. Вокруг контактной площадки размещена сенсорная зона дисплея, через касание к этой зоне происходит управление модулем. К модулю подсоединяется на шпильках-шпингалетах ремешок из плотного и гибкого материала.
Характеристики браслета, приведенные на сайте продавца, практически совпадают с характеристиками ранее обозреваемых неплохих браслетов с дисплеем 1.3″, построенных на той же элементной базе (за исключением ECG чипа и функции ECG).
Чип- nRF52832
Датчик — BST-BMA253
ECG чип — TI 129X
PPG чип — HRS3300DS
Тип экрана: IPS TFT, цветной, 1.3″, 240 * 240.
Язык: русский, английский, китайский
Блютуз: 4.0
Полимерная литиевая батарея, 200 mAh
Время зарядки около 4 часов
Время активной работы с использованием сетей — 6-13 дней
Время автономной работы — 20-40 дней
Время сохранения данных 1 месяц
Режимы управления: сенсорное или через приложение WearHeart смартфона
Оповещение через вибрацию и экран
Уровень защиты — IP67
Приложение — WearHeart (ссылка на китайский сайт по QR коду в инструкции для Android 4.4+ / iOS 8.2+)
Размеры модуля 45х30х9 мм
Ремешок: из двух частей, отсоединяемый, ТПУ или металл, 190х20 мм
ЗАМЕЧАНИЯ ПО ЭРГОНОМИКЕ.
На модуле можно увидеть данные о количестве шагов, километраже, сожженных ккалориях, частоте пульса и длительности сна. Полная база данных для статистики и графиков хранится в интернете на аккаунте пользователя и для ее пополнения или просмотра нужно сначала включать WiFi+Bluetooth а потом войти в приложение WearHeart.
В модуле доступны на выбор 3 вида первых экранов. Смена вида экранов выполняется через длительное касание сенсорной области вокруг металлического сенсора. Два из трех первых экранов представляют собой аналоговые часы со статическим фоном. Они как пятое колесо в телеге. Только на одном из трех первых экранов представлены хранящиеся в модуле данные по количеству шагов, частоте пульса, потраченных калориях, цифры календаря, глючная пиктограммы заряда батареи и пиктограмма состояние Bluetooth подключения.
Все показатели на дисплее (за исключением времени) считывать трудно, поскольку их высота равна 1мм, данные отображаются в разных частях дисплея и светятся всего 3 сек. Естественно, 3 секунды мало, чтобы считать и запомнить всю информацию. Приходится открывать нужный экран по 2-3 раза. Но чтобы повторно открыть экран и считать пропущенную информацию нужно через кратковременные касания сенсорной области перебирать все экраны, начиная от первого. Это очень раздражает!
По моим ощущениям, эргономика браслета ниже среднего уровня, примерно 4 по 10 бальной шкале.
ФУНКЦИИ БРАСЛЕТА (с моими дополнениями)
ШАГИ, РАССТОЯНИЕ, КАЛОРИИ — считаются непрерывно в течение суток и высвечиваются на браслете. Шаги при энергичной ходьбе регистрируются правильно. Длину шага для расчета пройденного пути программа выбирает с учетом роста. При росте 184 см шаг — 75 см, при росте 175 см шаг — 68 см. Если двигаться осторожно, то шаги будут считаться с большими ошибками. Графики и статистики за неделю, месяц можно увидеть в приложении WearHeart на смартфоне.
МОНИТОР СНА — включен постоянно. На модуле отображается время сна в интервале от 23 до 8 часов. Просмотр суточного графика и статистики за неделю/месяц можно увидеть в приложении на смартфоне.
ПУЛЬС — считается по запросу или автоматически через час. Последнее значение пульса высвечивается на дисплее. Диаграмму суточного почасового мониторинга пульса можно увидеть в приложении.
Для измерения пульса применяется оптико-электронный метод — фотоплетизмометрия (PPM). Метод дает погрешность в пределах 1-3 единиц и применяется даже в профессиональной практике.
АРТЕРИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ — измеряется по запросу. Измеренное давление СОВЕРШЕННО не соответствует реальности. У меня давление на протяжении дня может изменяться от 125 утром до 170 вечером. Измеряю тонометрами Omron. Браслет показывает цифры калибровки из приложения +- 2 деления. Если выставлю в калибровке 120, то он будет весь день показывать от 119 до 123.
СООБЩЕНИЯ о вызовах по телефону, СМС и для общения в социальных сетях （wechat, QQ, Facebook, Skipe, Twitter..) отображаются на дисплее и дублируются слабой вибрацией в 1 сек. Естественно, что это возможно при подключении к WiFi+Bluetooth. Меню включаемых вызовов создается через галочки в приложении. Напоминания о приеме лекарств, времени разминки, встрече планируются через приложение. Они отображаются на дисплее и дублируются слабой вибрацией в 1 сек.
СПОРТ — 8 видов спорта (бег, ходьба, пинг-понг, баскетбол, бадминтон, футбол, альпинизм, велосипед). Нужный вид выбираем длинными и короткими касаниями сенсора дисплея в соответствующих экранах подменю. Запуск/остановка секундомера и подсчета пульса/калорий/шагов выполняется через длительное касание сенсора.
Алгоритм подсчета калорий мне непонятен. Я делал одинаковую 20-минутную силовую зарядку на каждом виде спорта. Везде количество ккалорий было в рамках 90-100. Такого быть не должно и сильно похоже на симуляцию разнообразия видов спорта.
Непрерывная регистрация пульса в спортивных режимах мне пришлась по душе, поскольку стали видны все пики и провалы пульса во время упражнений. Для себя сделал открытие — помахивание вверх поднятыми руками резко поднимает пульс на 40-50 делений, а 15-кратное приседание изменяет пульс всего на 5-10 делений.
ПОИСК УСТРОЙСТВ — по запросу с модуля или смартфона при наличии сопряжения Bluetooth. Смартфон подает звуки. Модуль вибрирует и светится.
РЕГУЛИРОВКА ЯРКОСТИ ДИСПЛЕЯ — 10 градаций — настройка на модуле долгим и коротким касанием в соответствующем экране.
АКТИВАЦИЯ ДИСПЛЕЯ ПОВОРОТОМ РУКИ — устанавливаем галочку в приложении.
УДАЛЕННЫЙ СПУСК ЗАТВОРА ФОТОКАМЕРЫ СМАРТФОНА движением руки — галочка в приложении и при наличии сопряжения Bluetooth.
ГРАФИКИ PPG + ECG и отчеты с оценкой здоровья сердца — это основная фишка браслета.
Маркетологи убеждают, что уже настало время, когда совместное измерение PPG + ECG и знание примерного уровня давления открывает возможность определения не только частоты пульса, но и:
— точного артериального давления
— типа аритмии (HRV)
— индекса изменения пульса
— индекса усталости
— степени нагрузки организма
— физической подготовки
— сердечной функции.
Для меня понятны только первые две позиции. Остальные позиции оставляю на совести разработчиков, поскольку неясно, что они вкладывают в эти определения и как они это делают. Пока меня больше всего интересует вопрос оперативного определения аритмии. Я попробовал оценить эту возможность.
Запись графиков PPG и ECG можно сделать по запросу с модуля или с приложения через сеть WiFi+Bluetooth. Процедура выполняется в следующем порядке:
Вначале калибруются исходный уровень давления у пациента либо по замеру тонометром либо по выбору одного из 5 уровней. Затем запускается измерение, сразу помещается палец правой руки на контакт ECG электрода. На протяжении 30 сек на экране приложения отображаются бегущими строками графики PPG и ECG.
Если измерения проводились без помех, то на 30 секунде графики с данными запоминаются и появляется окно с результатами измерений. Результатов много, но большинство из них не вызывает доверия.
По опыту моих измерений (а их уже было около 50 при разных состояниях) доверять можно только графикам и значению пульса. Остальные показатели (включая давление) изменялись примерно на 5%, что наводит на мысль о программной симуляции без учета физических данных. Данные мало изменялись при вариациях моего давления от 125 до 160 и при разных состояниях здоровья…
После подтверждения результатов измерений в суточной базе данных появляется новая запись. Через ссылку на запись можно вывести на дисплей итоговое заключение о здоровье с рекомендациями по улучшению общего состояния.
Заключение о здоровье берет цифры из окна результатов и, соответственно, показывает все ту же эмуляцию.
Советы по улучшению общего состояния вообще побили рекорд стабильности. Для всех случаев они были одни и те же.
Через ссылку на запись в базе данных можно воспроизвести в динамике графики PPG + ECG или вывести на экран смартфона всем знакомый 30 секундный график ECG.
Это как раз то, что мне было необходимо. За две недели я снял около 50 кардиограмм примерно такого содержания.
Все кардиограммы я снимал в дневное время. Только на одной из них я обнаружил одиночный сбой ритма. Ее я хотел показать в обзоре как пример слабой аритмии. Но когда стал писать обзор, то засиделся заполночь. Перед сном решил снять очередную кардиограмму. На ней запечатлена серьезная аритмия. Я вначале не поверил и снял еще 5 кардиограмм. Чуда не произошло, моя ночная аритмия видна даже непосвященному. Привожу ее во всей красе.
Хочу отметить, что даже при таком состоянии организма показатели моего здоровья, предоставленные приложением в виде 7 цифр, почти не изменились что определенно говорит о плохом качестве интерпретации реальных физических данных.
Тем не менее я доволен, что я все-таки получил хорошую возможность мониторить свою аритмию без всяких программных заморочек.
Теперь я определился с возможностями браслета и знаю, какие его функции можно использовать без опасений: часы, PPG пульсометр, шагомер, монитор сна и, самое востребованное, — регистрацию ECG.
Попутно замечу, что при ежедневной интенсивной эксплуатации и без выключения часы продержались на одном заряде 8 дней, что меня тоже вполне устраивает.
Выводы по поводу браслета делайте сами и выбирайте, что необходимо.
Всего доброго.
Мобильная диагностика: как работают датчики уровня кислорода, пульса, ЭКГ и шума
Содержание
Содержание
Непростой 2020 год показал, что за здоровьем надо тщательно следить даже при самой невероятной занятости. Тем более, что развитие технологий позволяет делать это при помощи смартфона, умных часов или фитнес-браслета. Комбинация различных датчиков и софта может контролировать ряд важных параметров и делать выводы: все ли в порядке или стоит запланировать визит к врачу.
Всплеск интереса к повседневному контролю здоровья случился после появления на рынке «умных» часов и браслетов. Разработчики с самого начала встраивали в них не только акселерометр и/или гироскоп с навигационным приемником, но и датчики контроля сердечных ритмов. Сейчас в такие устройства ставят несколько дополнительных чипов, позволяющих узнать о своем организме много полезного.
Давайте разберемся, какие датчики применяются в «умных» гаджетах, что они умеют и насколько точным получается результат измерений.
Акселерометр и гироскоп
Изначально эти датчики устанавливали в смартфоны. Когда появились «умные» часы и браслеты, их также оснастили такими чипами: на работе акселерометра, например, построена одна из основных задач всех «умных» гаджетов — подсчет количества шагов.
Сейчас все настолько привыкли к тому, что акселерометр и гироскоп есть в мобильных устройствах, что не видят между ними разницы. Тем более, что функции этих датчиков реализуются одной микросхемой. На самом деле разница есть. Если коротко, то акселерометр реагирует на ускорение предмета, а гироскоп — на изменение его положения в пространстве. Поэтому с помощью акселерометра можно, например, понять, нужно ли сменить ориентацию экрана смартфона или посчитать шаги. А с помощью гироскопа — точно определить положение тела.
Зачем это нужно в мобильной диагностике? С подсчетом шагов все ясно — это контроль здорового образа жизни. Но это больше относится к фитнесу. А как это помогает в плане наблюдений за своим самочувствием?
Дело в том, что связка акселерометра и гироскопа обеспечивает работу функции, способной определить, что владелец устройства упал. «Умный» гаджет на основании резкого изменения показаний датчиков делает вывод, что пользователю необходима помощь, и автоматически вызовет экстренные службы, например, скорую или полицию. Зачем это нужно? Например, гаджет оперативно вызовет врачей, если с вами случится какая-то неприятность на улице. А при инсульте и инфаркте очень важно, чтобы квалифицированная медицинская помощь была оказана как можно быстрее.
К примеру, такая функция реализована в Apple Watch. По умолчанию она активируется у пожилых пользователей, также можно ее включить вручную.
Кстати, обратите внимание, что наличие акселерометра вместе с гироскопом позволяет получать более точные результаты тренировок: гироскоп точно распознает такие вещи, как бег на месте или прыжки, и понимает, когда вы идете пешком, а когда бежите.
Датчик пульса
Датчик пульса — первое устройство для мобильной диагностики, появившееся в носимых гаджетах. Он предназначен для контроля сердечных ритмов в состоянии покоя и при физической нагрузке. На основании собранной статистики можно оценить состояние здоровья и понять, оптимальны ли нагрузки на тренировках или, если имеются какие-либо заболевания, сориентироваться, не пора ли обратиться к специалисту.
Измерения пульса
Датчики пульса, используемые в мобильных гаджетах, работают на основе оптической технологии — фотоплетизмографии (PPG). Смысл ее заключается в следующем. При сокращении сердечной мышцы в кровеносных сосудах изменяется кровяное давление и происходит изменение интенсивности капиллярного кровотока. Увеличившееся количество крови в сосуде поглощает больше поступающего света. Если подать поток света определенной интенсивности, то на основании прошедшего через ткань или отраженного сигнала можно сделать вывод об изменениях анализируемой среды: например, подсчитать количество «всплесков» кровотока в минуту и сделать вывод о частоте пульса.
В мобильных гаджетах подсчет пульса реализуется на основе как прошедшего через ткань света (в компактных пульсоксиметрах), так и отраженного — в «умных» часах и фитнес-браслетах. В них светодиод, размещенный на внутренней стороне устройства, испускает свет,который отражается от тканей запястья и поступает на фотодатчик, регистрирующий уровень отраженного сигнала.
Для подсветки используется светодиод зеленого цвета (525 нм). Зеленый цвет излучения выбран потому, что является наиболее контрастным к красному цвету крови, согласно цветовому кругу Иттена, а следовательно, лучше всего поглощается.
«Умные» гаджеты регистрируют пульс автоматически (по расписанию) или по желанию пользователя. На основании измеренных значений они построят красивые графики в мобильных или десктопных приложениях, которые помогут следить за уровнем пульса: контролировать выход за установленные пределы, наблюдать процесс в динамике за определенные интервалы времени. В целом с этой задачей мобильные устройства справляются хорошо.
Измерения артериального давления
Раз датчик пульса анализирует сердечные ритмы на основе изменений кровотока и давления, то логично предположить, что с его помощью можно не только посчитать пульс, но и измерить давление. Это на самом деле так. На основании данных, полученных от датчика пульса, программа может рассчитать величину артериального давления.
Но проблема заключается в том, что для того, чтобы получить близкий к реальному результат, необходимо выполнить калибровку устройства под конкретного пользователя. В противном случае измерение давления будет корректным только для тех, у кого оно находится на нормальном уровне, и еще не проявились возрастные изменения или проблемы, связанные с различными заболеваниями. Поэтому, если вы хотите с помощью «умных» гаджетов контролировать еще и давление, ищите модель с настройкой измерений под владельца.
Датчик ЭКГ
Еще более интересная вещь в плане контроля здоровья — датчик электрокардиографии (ЭКГ). Дело в том, что о работе сердца можно судить не только по изменениям кровотока в сосудах, но и по электрическим сигналам, которые возникают в процессе работы этого органа. И эта информация точнее и информативнее. Электрокардиограмма, полученная специалистом медицинского центра, позволяет сделать выводы о работе сердца и его здоровье. Для этого на руки, ноги и грудную клетку устанавливают электроды, а результат интерпретирует компьютер.
Точно такой же датчик ЭКГ, только миниатюрных размеров, сейчас устанавливают в ряд мобильных устройств. Например, начиная с 4-го поколения, датчик ЭКГ имеется в Apple Watch. Но с мобильными датчиками существует ряд проблем.
Дело в том, что в профессиональном медицинском оборудовании обычно используют 10-12 датчиков, минимум шесть из них размещают в области сердца. А носимое мобильное устройство крепится на запястье. То есть, оно удалено от сердца на большое расстояние. И датчиков в таких устройствах значительно меньше.
Например, в Apple Watch их всего два: один размещен в Digital Crown, второй вместе с датчиком пульса установлен на внутренней стороне.
Поэтому точность ЭКГ, снятого с помощью мобильного устройства, не настолько высока, чтобы делать серьезные клинические выводы. Тем не менее, даже такой точности достаточно, чтобы определить мерцательную аритмию, показывающую, что визит к врачу откладывать не стоит.
Еще один важный момент — работа функции ЭКГ должна пройти проверку надзорных органов в разных странах. На момент написания статьи у Apple, например, получено разрешение для использования функции ЭКГ на территории США. В России Росздравнадзор сертифицировал ее буквально несколько дней назад. В остальном мире она официально отключена, хотя датчики в устройствах имеются. Остается только надеяться, что вопрос рано или поздно решится и полезная функция будет разблокирована.
Датчик уровня шума
Еще одна занятная функция, которая имеется, например, в Apple Watch — измерение уровня шума. Датчик регистрирует уровень фонового шума и, если он в течение некоторого времени превышает пороговое значение, гаджет выдает уведомление и предлагает покинуть место с высоким уровнем шума.
Полезна ли такая функция? Да, поскольку ВОЗ обращает внимание на то, что значительное количество людей подвергается риску потерять слух из-за сильного шумового воздействия в местах развлечений. Вы, наверное, замечали, что после того, как выходишь с рок-концерта или из клуба, некоторое время все слышно словно сквозь вату. Вот от таких «сюрпризов» датчик шума вас и защитит. Если, конечно, вы сами захотите защищаться.
Датчик уровня кислорода в крови
Теперь поговорим о новомодном датчике, которым мобильные устройства начали оснащать недавно. Это датчик определения уровня кислорода в крови. В свете коронавирусной инфекции, ставшей главной темой 2020 года, эта функция оказалась чуть ли не самой рекламируемой.
Нужно отметить, что, помимо наблюдений за своим состоянием в свете последних событий, контроль за уровнем кислорода в крови интересен и в других случаях: недостаток кислорода приводит к таким нехорошим вещам, как дыхательная недостаточность, одышка, головные боли и так далее.
Медики измеряют уровень кислорода в крови с помощью небольших приборов — пульсоксиметров. Внешне они напоминают прищепку с экраном, которая крепится на палец и выдает информацию о пульсе и степени насыщения кислородом артериальной крови. По этой причине датчики уровня кислорода в крови также называют датчиками SpO2.
Расшифровывается эта аббревиатура так:
Нормальной считается величина сатурации от 95 до 100%, показания ниже 90% говорят о наличии проблем.
В пульсооксиметре датчик измерения уровня кислорода работает следующим образом. В приборе установлен светодиод, излучающий сигналы инфракрасного диапазона и красного цвета, а также фотодетектор, фиксирующий, какая часть светового потока прошла через ткани пальца с капиллярными сосудами. Аналогичный способ используется и в умных гаджетах.
Только фотодетектор принимает не прошедший через ткани, а отраженный от них сигнал, так как браслет или часы крепятся на запястье. На основании уровня отраженного сигнала приложение, встроенное в гаджет, делает оценку сатурации и выводит на дисплей измеренное значение.
Такие датчики есть в новой серии Apple Watch, а также в ряде фитнес-браслетов, например, Honor Band 5 и Huawei Band 4 PRO.
Точность измерений и их использование для диагностики
Все перечисленные измерения — сердечных ритмов, ЭКГ и уровня кислорода — работают в мобильных гаджетах в упрощенном режиме. Они имеют уровень погрешности, не позволяющий использовать их как медицинские диагностические приборы. Это написано в документации ко всем «умным» часам и фитнес-трекерам, но, тем не менее, на этом стоит дополнительно заострить внимание.
К примеру, датчик уровня кислорода может ошибаться на несколько процентов, причем значение может колебаться, как в большую, так и в меньшую сторону. Также результаты измерений изменятся в том случае, если браслет или часы неплотно прилегали к вашему запястью, либо потому что резко похолодало.
Поэтому производители и специалисты обращают внимание, что все данные, полученные с мобильных датчиков, могут использоваться для общего контроля здоровья и оценки динамики состояния организма. Они не предназначены для постановки диагнозов и не являются медицинскими приборами. Для профессионального осмотра необходимо использовать специализированную технику.
Вместе с тем, нельзя не отметить и то, что имеется очевидная польза от использования датчиков в мобильной технике. Спортсмены и просто любители активного образа жизни успешно контролируют процесс тренировоки объемы нагрузок. А те, кому пришло время внимательнее относиться к своему здоровью, собирают статистику, показывающую общую картину изменений, и могут ее соотнести со своим самочувствием.
Анализ собранной статистики позволит вовремя заметить, если что-то пошло не так, и своевременно обратиться к врачу, например, при наличии сердечно-сосудистых заболеваний. Поэтому во многих случаях использование мобильной диагностики интересно, полезно и даже необходимо.