Com funciona un rellotge intel·ligent per a homes per fer el seguiment de la freqüència cardíaca durant exercicis intensos?

El principi de detecció òptica darrere de la lectura

El seguiment de la freqüència cardíaca en un rellotge intel·ligent per a homes es basa en una tecnologia anomenada fotopletismografia, normalment abreujada com a PPG. El principi és senzill. Els diodes emissors de llum a l’esquena del rellotge emeten llum verda cap a la pell, i un fotorreceptor mesura quanta llum es reflecteix de nou. La sang absorbeix més llum verda que el teixit circumdant, de manera que, a mesura que el cor bombeja i el volum de sang als capil·lars canvia, la intensitat de la llum reflectida fluctua al ritme del batec cardíac. El rellotge compta aquestes fluctuacions per calcular els batecs per minut. Es fa servir llum verda perquè penetra bé a la pell i és fortament absorbida per l’hemoglobina. Alguns dispositius afegeixen diodes emissors de llum vermella i infraroja per fer mesures més profundes, cosa que permet obtenir la saturació d’oxigen en sang i altres mètriques.

Per què el moviment és el major repte

El mètode òptic funciona bé en repòs, però els exercicis intensos creen problemes. Cada moviment del braç, cada impacte del peu i cada contracció muscular desplaça el rellotge a la màniga i canvia la pressió de contacte entre el sensor i la pell. Aquest moviment introdueix soroll al senyal, que pot semblar un pols quan en realitat no ho és. La suor agrava la situació en modificar les propietats òptiques de la superfície de la pell i, de vegades, en crear una fina capa entre el sensor i la pell que dispersa la llum. Per això, la precisió de la mesura de la freqüència cardíaca durant la cursa, els burpees o l’entrenament amb pes és més difícil d’aconseguir que durant una caminata. Els fabricants resolen aquest problema mitjançant acceleròmetres que detecten el moviment i algorismes que filtren els artifacts causats pel moviment, però cap sensor òptic és totalment immune a aquest problema.

Maquinari del sensor i què distingeix els millors dels pitjors

La qualitat dels components òptics i de la interfície analògica d’entrada fa una diferència mesurable. Hi ha diversos factors hardware que són rellevants.

1. Nombre i disposició de parells LED i fotodíodes, on més parells milloren la captura del senyal en diferents posicions de la mà.

2. Selecció de longitud d'ona, ja que el verd funciona millor per a la freqüència cardíaca, mentre que el vermell i l'infraroig donen suport a mètriques addicionals.

3. Freqüència de mostreig, on les freqüències més altes capturen canvis ràpids durant l'entrenament interval·lic.

4. Qualitat de la interfície analògica d'entrada, que determina fins a quin punt el senyal brut és neta abans del processament.

Un dispositiu amb una matriu de sensors ben dissenyada i una interfície analògica d'entrada de baix soroll mantindrà la lectura durant un interval de sprints, mentre que un dispositiu més barat perd completament el senyal. Aquest és un àmbit on la diferència entre un rellotge d'entrada i un de gama mitjana es fa evident, no a la fulla d'especificacions sinó al resum de l'entrenament.

Algorismes i processament de senyal que fan que les dades siguin útils

Les dades PPG brutes són sorolloses i necessiten un processament intens abans de convertir-se en un valor de freqüència cardíaca. L'algorisme ha d'identificar els pics del pols, rebutjar els artifacts de moviment i gestionar els períodes en què la senyal desapareix. La rebutja d'artifacts de moviment és la part més difícil. Alguns sistemes utilitzen dades d'acceleròmetre per modelar el moviment i restar-lo de la senyal òptica. D'altres fan servir filtres adaptatius que aprenen el patró de soroll en temps real. La qualitat d'aquests algorismes sovint importa més que el maquinari del sensor mateix. Dos rellotges amb sensors idèntics poden produir resultats molt diferents perquè un té un processament de senyal millor. La taula següent compara la precisió típica segons els tipus d'activitat.

Aquests intervals són representatius i varien molt segons el dispositiu i l’ajust. El patró és coherent. La precisió disminueix a mesura que augmenta la intensitat del moviment, i cap rellotge òptic n’escapa completament.

L’ajust i la col·locació determinen el rendiment en condicions reals

Fins i tot el millor sensor funciona malament si el rellotge no es porta correctament. Unes quantes normes pràctiques importen més del que la majoria d’usuaris creuen.

El rellotge ha d’anar ajustat contra la pell, aproximadament a l’altura d’un dit per sobre de l’os del canell. Un rellotge massa fluix permet que hi entri llum i es desplaça durant el moviment. Portar-lo massa amunt o massa avall allunya el sensor de la zona vascular òptima. En canells molt pilosos, el sensor pot tenir dificultats, ja que el pèl impedeix la transmissió de llum. En èpoques fredes, la reducció del flux sanguini als extrems pot debilitar la senyal. Aplicar una mica més de tensió a la corretja abans de fer exercici i relaxar-la després és un petit hàbit que millora de forma notable la precisió.

Un cas en què es va provar la precisió del seguiment en la pràctica

Durant un cicle de desenvolupament de producte per a un rellotge orientat a la forma física, un equip de proves va fer una comparació amb un monitor de cinta toràcica, que generalment es considera l’estàndard de referència per a la freqüència cardíaca durant l’exercici. La prova va consistir en una sessió d’interval de trenta minuts amb períodes alternats de sprints i recuperació. El rellotge va coincidir amb la cinta toràcica dins de poques pulsacions durant la cursa estable, però va divergir fins a quinze pulsacions durant els intervals de sprint. L’anàlisi de les dades brutes va mostrar que la divergència es produïa en el moment d’acceleració màxima del braç. La solució va consistir a ajustar l’algorisme de rebutjament de moviment per donar més pes als valors de l’acceleròmetre durant els períodes de moviment intens. Després del canvi, la divergència durant els sprints va disminuir considerablement. Aquest tipus d’iteració és el que distingeix un rellotge que fa un bon seguiment al laboratori d’un altre que ho fa bé a la sala de musculació.

On el seguiment òptic té límits autèntics

Vale la pena ser directe sobre les limitacions. El seguiment òptic de la freqüència cardíaca no és una mesura d’exactitud clínica. És una eina per a l’activitat física i funciona millor per identificar tendències al llarg del temps que per fer lectures instantànies precises. Els usuaris que necessiten exactitud clínica haurien d’utilitzar una cinta toràcica o un dispositiu mèdic. Certes condicions, com ara una freqüència cardíaca en repòs molt baixa o ritmes irregulars, poden confondre l’algorisme. Els tons de pell més foscos i els tatuatges poden afectar l’absorció de llum, tot i que els sensors més nous gestionen això millor que els models antics. Els ambients freds, un ajust deficient i un moviment intens redueixen la precisió. Comprendre aquestes limitacions ajuda els usuaris a interpretar les seves dades de manera raonable, en lloc de tractar cada lectura com si fos exacta.

Com la coherència en la fabricació recolza un seguiment fiable

El rendiment del seguiment de la freqüència cardíaca depèn de la calibració del sensor, del programari integrat i de la coherència constructiva durant la producció. Un lot de rellotges amb alineació variable del sensor o programari integrat inconsistent produirà resultats imprevisibles en condicions reals d’ús. Shenzhen Karen M Electronics desenvolupa i fabrica dispositius intel·ligents per a l’ús portàtil des del 2014, amb seu a Shenzhen, i es centra en productes econòmics i en un servei personalitzat. Per a les marques que necessiten un rendiment coherent en el seguiment en totes les comandes, aquesta experiència en el sector dels dispositius portàtils és el que assegura la fiabilitat de les dades.