Сегодня почти все фитнес-мониторы и смарт-часы, включая Apple Watch, умеют измерять частоту сердечных сокращений, электрокардиограмму и даже уровень кислорода в крови.
Но как это работает? Стоит ли доверять показаниям носимых гаджетов? Что есть в Apple Watch и как устроены эти датчики на часах?
Измерение пульса
Принцип действия большинства приборов, в том числе и специальных пульсоксиметров, основан на фотоплетизмографии. Хронометраж сложен, но принцип работы прост. Часть тела освещается источником света (светодиодом), а фотоэлемент анализирует степень поглощения этого света. Возьмем, к примеру, Apple Watch.
Начнем с измерения частоты сердечных сокращений. Наша кровь красная, поэтому длина волны света выбрана таким образом, чтобы она поглощалась кровью. Обычно свет используется в диапазоне длин волн от 500 до 600 нм.
Этот зеленый цвет — самый популярный вариант в смарт-часах и браслетах. В Apple Watch используется несколько зеленых светодиодов в сочетании со светочувствительными фотодиодами.
Когда сердце бьется, кровоток увеличивается, а вместе с ним увеличивается и уменьшается количество поглощаемого зеленого света между ударами.
Именно благодаря этим данным измеряется ваш пульс. В Apple Watch датчик сердечного ритма также может использовать инфракрасный свет для измерения сна, чтобы он не беспокоил вас.
Чем полезно приложение? Часы контролируют учащение пульса – тахикардию, то есть увеличение ЧСС от 90 ударов в минуту и более, если это установлено в настройках.
Тахикардия не является болезнью, но может быть симптомом самых разных заболеваний, отравлений и проблем с сердцем.
Когда вы отдыхаете и ваше сердце бьется быстрее установленного предела в течение 10 минут, ваши часы сообщат вам об этом. А когда вы тренируетесь, информация о частоте сердечных сокращений объединяется с другими данными, чтобы обеспечить более точную оценку сожженных калорий.
Сатурация (насыщенность крови кислородом)
С каждым новым поколением часов Apple дорабатывает и совершенствует их, добавляя новые функции. Одной из них стала возможность измерения уровня кислорода в крови в 6 сериях.
Уровень кислорода в крови
Технически эта функция зависит от монитора сердечного ритма, но была немного изменена, чтобы приспособиться к этой функции.
Начнем с основ. Наша кровь бывает артериальной и венозной. Артериальная кровь – это насыщенная кислородом кровь, оттекающая от легких к различным органам и конечностям, тогда как венозная кровь возвращается в легкие и содержит минимум кислорода.
Самый основной момент заключается в том, что насыщенная артериальная кровь имеет ярко-алый цвет, а венозная кровь темная. Кислород транспортируется в крови белком гемоглобином, и каждая его молекула способна присоединять до 4 молекул кислорода.
Для поглощения света гемоглобином в измерениях используются разные длины волн: 660 нанометров (красный) и 940 нанометров (инфракрасный).
Во время измерения уровня кислорода часы освещают ваше запястье красными и зелеными светодиодами и инфракрасным светом. Затем фотодиоды измеряют количество отраженного света.
Измерение кислорода в крови, красные светодиоды
Гемоглобин с кислородом поглощает больше инфракрасного света, чем красного, а гемоглобин без кислорода, наоборот, намного лучше поглощает красный свет, чем инфракрасный.
Затем используются различные алгоритмы для расчета цвета крови и количества гемоглобина, связанного с кислородом. Это число отображается в процентах и называется «насыщение крови», а точнее гемоглобин кислородом.
Если часы показывают 96%, это означает, что 96% гемоглобина связано с кислородом, а 4% не связано.
По такому же принципу работают пальцевые пульсоксиметры.
У большинства людей уровень кислорода в крови составляет 95-100%, но некоторые люди живут с уровнем кислорода ниже 95%, не испытывая никакого дискомфорта. Но уровни ниже 90% считаются низкими, и кислород из легких не доставляется должным образом к органам и тканям.
Как правило, уровень кислорода в крови контролируют альпинисты для предотвращения высотной болезни, пилоты авиационного спорта, спортсмены-высотники или люди с сердечно-сосудистыми и респираторными заболеваниями.
Для здорового человека эти данные были малоприменимы в повседневной жизни до начала пандемии. Коронавирус атакует легкие и снижает уровень кислорода в крови, что может привести к печальным последствиям.
Пульсоксиметры могут обнаружить падение кислорода до того, как вы почувствуете одышку или появятся другие симптомы затрудненного дыхания.
Снятие ЭКГ
Apple Watch Series 4, 5, 6 имеют возможность снимать электрокардиограмму или ЭКГ. Apple говорит, что часы производят ЭКГ, аналогичную 1-контактному электрокардиографу, в то время как в медицинских учреждениях обычно используется 12-контактный электрокардиограф, который записывает электрические сигналы сердца под разными углами.
Apple Watch могут предоставлять информацию о частоте сердечных сокращений и частоте сердечных сокращений, а также обнаруживать мерцательную аритмию.
Мерцательная аритмия — это тип нерегулярного сердцебиения, при котором верхние и нижние камеры сердца не синхронизированы.
Однако часы нельзя использовать для определения, например, сердечного приступа.
Насколько точны измерения?
В настоящее время носимое устройство не может считаться заменой медицинских устройств по ряду причин. На результат измерения может повлиять положение гаджета на запястье, постоянное движение руки, татуировки, линия роста волос, температура окружающей среды и ваша активность в течение дня.
Да и производители предупреждают, что их устройства могут быть лишь дополнительным средством наблюдения за общим самочувствием и физическим состоянием, а при ухудшении работоспособности вовремя вызывают врача.
Например, падение уровня кислорода до 85% может быть вызвано миллионом причин, не обязательно связанных с коронавирусом. Но все это означает, что при необходимости вам лучше пройти обследование еще раз.
Несмотря на это, производители регулярно сотрудничают с медицинскими центрами, проводят исследования по совершенствованию своего устройства, а полученные данные используют для дальнейшей работы над гаджетами.
Сравнение Apple Watch и пульсоксиметра
Проведем тест и сравним показания умных часов с недорогим пульсоксиметром. Перед проведением измерений рекомендуется посидеть неподвижно 5 минут. Кстати, лак для ногтей на девушках может затруднить измерения.
При чтении положите руку на стол или на колени ладонью вниз и держите ее как можно дольше. Часы должны плотно прилегать к руке, а не к запястью.
Часы определяют уровень кислорода в крови за 15 секунд, а пульсоксиметр справляется за 3 секунды.
Глобальных различий в показаниях не наблюдалось, результат всегда был одинаковым в пределах погрешности.
Следует понимать, что задача часов не заменить профессиональное медицинское оборудование, а своевременно предупредить о проблемах со здоровьем. Или вы просто перегружаете себя там во время тренировки.
Какие сенсоры есть в Apple Watch
Давайте посмотрим, как устроена задняя часть Apple Watch и какие там датчики. Возьмем, к примеру, часы Series 5 и Series 6.
Серия 6 (слева) и Серия 5 (справа)
Расположение датчиков визуально отличается. Series 5 оснащен четырьмя зелеными светодиодами и несколькими инфракрасными светодиодами в круге в центре, а также фотодиодными датчиками, которые улавливают свет, отраженный от запястья. Большое кольцо вокруг него — это электрод ЭКГ, а другой электрод встроен в кольцо цифровой короны.
В 6 серии электрод ЭКГ визуально не изменился, но расположение светодиодов другое. Есть 4 окна, каждое с зелеными, инфракрасными и красными светодиодами. Красный добавлен для измерения уровня кислорода в крови. Фотодиодные датчики также изменили свой внешний вид.
Например Series 1, где только зеленые светодиоды и фотодиодные датчики.
Серия 1
Что внутри Watch Series 5
Часы довольно просто разбираются, даже удивительно ожидать такого от Apple. Почти вся начинка выкручена. При жевании часы можно аккуратно разобрать и собрать обратно, но особого смысла в этом нет.
Один большой модуль — это чип S5 — это сердце Apple Watch. К плате припаяны основные разъемы и шлейфы для дисплея, кнопок и т.п.
Плата с чипом S5
Аккумулятор 296 мАч, вибромотор Taptic Engine, кнопочный кабель с микрофоном и сервисным разъемом, водонепроницаемый динамик.
Кейс прекрасный сувенир, заднее стекло тоже легко снимается вместе с датчиками.
Корпус часов
Модуль с датчиками приклеен к стеклу — его разборка здесь не предусмотрена.
Модуль с датчиками
Здесь вы можете увидеть электрод, которым измеряется ЭКГ, 8 светодиодных датчиков, 4 зеленых светодиода и 2 инфракрасных.
Этот модуль Apple Watch измеряет частоту сердечных сокращений и ЭКГ.
Теперь вы знаете, что внутри Apple Watch и как они работают. Несмотря на то, что часы не являются медицинским прибором, они станут отличным аксессуаром для наблюдения за своим здоровьем. Это касается и других фитнес-трекеров, смарт-часов. На основании полученной информации пользователь уже решает, обращаться к врачу или нет.
