ساعت‌های هوشمند چه شاخص‌های سلامتی را می‌توانند پیگیری کنند؟

نظارت بر ضربان قلب و ریتم قلبی: قابلیت‌های اصلی ویژگی‌های سلامت ساعت هوشمند

چگونه سنسورهای PPG امکان نظارت مداوم بر ضربان قلب را فراهم می‌کنند

ساعت‌های هوشمند امروزی برای پایش مداوم ضربان قلب ما به فناوری‌ای معروف به فتوپلثیسموگرافی، یا به اختصار PPG، متکی هستند. نحوهٔ کار آن بسیار جالب است: نورهای LED سبز از پوست عبور می‌کنند و تغییرات بسیار کوچک در جریان خون داخل مویرگ‌های ما را تشخیص می‌دهند. سپس تمام این داده‌ها را به اعداد ضربان قلب (BPM) تبدیل می‌کنند که روی مچ دستمان مشاهده می‌کنیم. طبق تحقیقات منتشر شده در مجله Nature سال گذشته، برندهای برتر در حالت سکون (وقتی فرد حرکت نمی‌کند) دقتی حدود ۹۵٪ دارند؛ این دقت بخاطر نرم‌افزارهای هوشمندی است که داده‌های PPG را با اطلاعات حسگر شتاب‌سنج ترکیب می‌کنند و در واقع هرگونه تکانش یا حرکتی که ممکن است اندازه‌گیری را تحت تأثیر قرار دهد، فیلتر می‌کنند. چیزی که این فناوری را بسیار ارزشمند می‌کند، امکان پایش مداوم ضربان قلب در حالت استراحت در تمام طول روز، تعیین شدت تمرینات ورزشی و حتی شناسایی الگوهای بازیابی سریع بدن پس از فعالیت بدنی است.

دقت و محدودیت‌های داده‌های ضربان قلب در دستگاه‌های مصرفی

بر اساس مطالعات مختلف، بیشتر خواندن‌های نرخ ضربان قلب در طول روز دقتی حدود ۹۰٪ دارند، هرچند در حین تمرینات شدید کارها پیچیده می‌شوند، زیرا اعداد به دلیل تداخل سیگنال‌ها معمولاً حدود ۱۵ تا ۲۰ ثانیه عقب‌تر هستند. افراد با پوست تیره یا کسانی که تاتو روی مچ دست دارند، اغلب متوجه می‌شوند دستگاه‌هایشان عملکرد ضعیفی دارد، چون سنسورها سیگنال‌ها را روی برخی انواع پوست به‌طور قابل اعتمادی دریافت نمی‌کنند. این سیستم‌های مصرف‌کننده مبتنی بر PPG برای اهداف عمومی تناسب اندام کارآمدی مناسبی دارند، اما اصلاً به اندازه تجهیزات پزشکی واقعی دقیق نیستند. به عنوان مثال تشخیص فیبریلاسیون دهلیزی: دستبندهای معمولی تنها حدود ۷۳٪ از موارد را در مقایسه با دستگاه‌های ECG دقیقی که در بیمارستان‌ها استفاده می‌شوند، شناسایی می‌کنند. به همین دلیل شرکت‌ها دائماً تأکید می‌کنند که محصولاتشان برای تشخیص پزشکی طراحی نشده‌اند، بلکه فقط هشداری هستند اگر ریتم قلب کسی غیرعادی به نظر برسد.

مطالعه موردی: تشخیص فیبریلاسیون دهلیزی با سنسورهای نوری

مطالعه‌ای اخیر بر روی ۴۰۰ نفر که از ساعت‌های هوشمند مجهز به فناوری PPG استفاده می‌کردند، انجام شد. این دستگاه‌ها در حدود ۸۴٪ مواقع هنگام آزمایش صحیح، ریتم‌های غیرعادی قلبی را که ممکن است نشانهٔ AFib باشند، تشخیص دادند. زمانی که کاربران اطلاعیه دریافت می‌کردند تا قلب خود را با دستگاه ECG بررسی کنند، پزشکان شاهد کاهش ۳۲٪ موارد تشخیص نداده شده در طول شش ماه متوالی بودند. رویکرد ترکیبی که در آن ساعت‌ها ابتدا بررسی اولیه را انجام می‌دهند و سپس افراد را برای آزمون‌های دقیق‌تر ارجاع می‌دهند، امروزه در فناوری پوشیدنی مورد تأیید FDA رایج شده است. این روش به تشخیص زودهنگام مشکلات کمک می‌کند، اما همچنان نیازمند تأیید متخصصان پزشکی است و نمی‌توان تنها به خوانش دستگاه تکیه کرد.

هشدارهای لحظه‌ای آریتمی و روندهای یکپارچه‌سازی با اپلیکیشن موبایل

سیستم‌های هوشمند نحوه ضربان قلب یک فرد را نسبت به حد طبیعی شخصی‌اش مقایسه می‌کنند، سپس در صورت انحراف از حالت عادی هشدارهایی صادر می‌کنند. یک مطالعه اخیر از مؤسسه پونمون در سال ۲۰۲۴ یافته جالبی داشت. حدود ۵۸ درصد از افرادی که این پیام‌های هشداری را از طریق اپلیکیشن‌های تلفن همراه دریافت کرده بودند، در عرض تنها یک روز با پزشکان تماس گرفتند. اکثر دستگاه‌های مدرن امروزی به‌صورت مستقیم به پایگاه‌های داده بیمارستان متصل می‌شوند، بنابراین پزشکان می‌توانند الگوهای ضربان قلب را برای چندین ماه مشاهده کنند بدون آنکه وابسته به یادآوری بیماران برای ثبت دستی اطلاعات باشند.

ثبت الکتروکاردیوگرام و پایش اکسیژن خون: عملکردهای پیشرفته سلامتی در ساعت‌های هوشمند

الکتروکاردیوگرام تک‌سر (Single-Lead ECG) در ساعت‌های هوشمند: نحوه کارکرد و دستگاه‌های مورد تأیید FDA

ساعت‌هایی که دارای قابلیت نوار قلب (ECG) داخلی هستند، با اندازه‌گیری فعالیت الکتریکی درون قلب از طریق سنسورهای واقع شده در پشت دستگاه و اطراف دکمه بالایی آن کار می‌کنند. وقتی فرد دکمه را لمس می‌کند، مدار لازم برای ثبت الگوی ضربان قلب توسط ساعت کامل می‌شود. این دستگاه‌ها پس از گذراندن الزامات سخت‌گیرانه آزمایشی توسط سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) تأیید شده‌اند. تحقیق منتشر شده در سال گذشته در مجله الکتروفیزیولوژی قلبی یافت که زمانی که افراد در حال سکون نشسته‌اند، این ساعت‌های هوشمند در حدود ۹۸ بار از هر ۱۰۰ بار با دستگاه‌های استاندارد نوار قلب بیمارستانی از نظر تشخیص ریتم‌های نامنظم قلبی معروف به فیبریلاسیون دهلیزی موافق هستند.

تشخیص فیبریلاسیون دهلیزی و سایر آریتمی‌ها از طریق نوار قلب درخواستی

خواندن‌های الکتروکاردیوگرام (ECG) به صورت درخواستی به کاربران امکان می‌دهد تا به‌طور پیشگیرانه برای بررسی آریتمی‌ها اقدام کنند. سیستم‌ها نوسانات غیرطبیعی مرتبط با فیبریلاسیون دهلیزی را شناسایی کرده و استفاده از مشاوره پزشکی به موقع را تشویق می‌کنند. با این حال، اکثر دستگاه‌های مصرفی قادر به شناسایی قابل اعتماد آریتمی‌های پیچیده مانند تاکی کاردی بطنی نیستند. بنابراین، این دستگاه‌ها بهترین عملکرد خود را به عنوان ابزار غربالگری دارند و نمی‌توانند جایگزین تشخیص بالینی شوند.

پیگیری SpO2 با استفاده از اکسیمتری پالسی رفلکس و بینش‌های تنفسی

دستگاه‌های پالس اکسیمتر که از فناوری بازتاب نور استفاده می‌کنند، با تاباندن نور قرمز و مادون قرمز از طریق مویرگ‌های پوست ما، سطح اکسیژن خون (معروف به SpO2) را تخمین می‌زنند. بیشتر افراد در طول روز خواندنی بین ۹۵٪ تا ۱۰۰٪ دارند، هرچند دستگاه‌های مصرفی همیشه دقیق نیستند. این دستگاه‌ها ممکن است تا حدود ۳ تا ۵ درصد با مانیتورهای بیمارستانی تفاوت داشته باشند، به‌ویژه هنگامی که فرد حرکت می‌کند یا رنگ پوست تیره‌تری دارد. نسل جدید این دستگاه‌ها در واقع الگوهای اشباع اکسیژن و نرخ تنفس را همزمان ردیابی می‌کنند که به شناسایی مشکلاتی مانند آپنه خواب یا سطح پایین اکسیژن در شب کمک می‌کند.

چالش‌های دقت در هنگام حرکت یا شرایط جریان خون ضعیف

سه عامل اصلی قابلیت اطمینان معیارهای پیشرفته را محدود می‌کنند:

• سیگنال‌های نوری مختل‌شده توسط حرکت در حین فعالیت بدنی
• کاهش جریان خون در محیط‌های سرد به دلیل انقباض عروق
• عدم توانایی در ارزیابی فشار خون، علی‌رغم دسترسی به داده‌های ECG و SpO2
  اگرچه الگوریتم‌های تطبیقی به کاهش خطاها کمک می‌کنند، اما اعتبارسنجی بالینی در شرایط غیرکنترل‌شده، به‌ویژه برای استفاده پویا در دنیای واقعی، همچنان محدود است.

ردیابی خواب و فعالیت: بینش‌های روزانه از ابزارهای سلامت ساعت هوشمند

ساعت‌های هوشمند مدرن داده‌های زیستی را از طریق تحلیل خواب و نظارت بر فعالیت به بینش‌های معنادار سلامت تبدیل می‌کنند. بر اساس مطالعه‌ای در سال ۲۰۲۳ مرور پزشکی خواب مطالعه نشان داد که ۷۲ درصد از کاربران پس از سه ماه استفاده مداوم از ردیابی، بهبود کیفیت خواب خود را گزارش داده‌اند.

تشخیص خودکار مراحل خواب با استفاده از HRV و شتاب‌سنجی

امروزه ساعت‌های هوشمند در تشخیص مراحل خواب ما بسیار خوب شده‌اند. هنگامی که این دستگاه‌ها اندازه‌گیری تغییرات ضربان قلب را با ردیابی حرکت از طریق شتاب‌سنج ترکیب می‌کنند، بیشتر مدل‌ها می‌توانند بر اساس پژوهش منتشر شده سال گذشته در مجله تحقیقات خواب، مراحل خواب ما را با دقتی حدود ۸۵ تا ۹۲ درصد نسبت به آزمایش‌های پیچیده آزمایشگاهی به نام پلی‌سومنوگرافی تشخیص دهند. نحوه کار این ساعت‌ها هم جالب است؛ آن‌ها زمانی که ضربان قلب ما کند می‌شود و حرکات بسیار کوچکی در طول شب را ردیابی می‌کنند تا تصویری از الگوهای خواب ما ایجاد کنند. این امر به شناسایی مشکلات در مراحل عمیق خواب (به نام N3) و خواب REM که در آن مغز ما خاطرات را پردازش می‌کند کمک می‌کند و این موضوع تأثیر زیادی بر احساس خستگی ما در روز بعد دارد. برخی از تولیدکنندگان برتر حتی اکنون شروع به افزودن حسگرهای دمای پوست کرده‌اند که دقت ردیابی خواب آن‌ها را بیشتر می‌کند. این ویژگی اضافی به ویژه برای افرادی که ساعت‌های غیرمعمول کار می‌کنند یا به طور منظم از منطقه زمانی عبور می‌کنند مفید است، زیرا به آن‌ها کمک می‌کند تا ساعت داخلی بدن خود را بهتر درک کنند.

شناسایی اختلالات خواب و توصیه‌های شخصی‌سازی شده برای سلامت

دستگاه‌های پوشیدنی می‌توانند نشانه‌های اولیه آپنه خواب را از طریق کاهش مکرر اشباع اکسیژن (3 درصد در ساعت) و سندرم پاهای بی‌قرار را از طریق فراوانی بالای حرکت اندام‌ها شناسایی کنند و ارجاعات بالینی را تا 34 درصد تسریع نمایند (گزارش فناوری پوشیدنی، 2024). با همبستگی داده‌های خواب و فعالیت روزانه، این دستگاه‌ها توصیه‌های سفارشی ارائه می‌دهند از جمله:

• بازه‌های زمانی بهینه برای خوابیدن بر اساس کارایی تاریخی خواب
• هشدارهای آماده‌سازی برای خواب که با افزایش ضربان قلب در حالت استراحت فعال می‌شوند
• پیشنهادات قطع مصرف کافئین برای افرادی که تأخیر طولانی در خوابیدن را تجربه می‌کنند

شمارش گام، محاسبه میزان سوخت و اهداف تناسب اندام با استفاده از شتاب‌سنج‌ها

مدل‌های پیشرفته از واحدهای اندازه‌گیری اینرسی 9 محوره (IMUs) استفاده می‌کنند که حتی در فعالیت‌های غیرخطی مانند باغبانی یا رقص دقت 97 درصدی در شمارش گام را حفظ می‌کنند ( مجله سنسورهای IEEE , 2023). تخمین سوخت کالری با استفاده از چندین ورودی بهبود یافته است:

جهت‌گیری‌های آینده: معیارهای تجربی مانند ردیابی فشار خون و چرخه قاعدگی

تخمین فشار خون بدون بازوبنده: پتانسیل و چالش‌های فنی

فناوری جدید ساعت‌های هوشمند در حال تلاش است تا فشار خون را بدون فرو بردن سوزنی در هیچ نقطه‌ای اندازه‌گیری کند، عمدتاً با بررسی سیگنال‌های PPG و ECG. مطالعه‌ای که سال گذشته در npj Digital Medicine منتشر شد نشان داد این نمونه‌های اولیه هنگام مقایسه با دستگاه‌های معمول بیمارستانی خطایی در حدود ۵ تا ۸ میلی‌متر جیوه دارند، اما فقط زمانی که افراد ساکن هستند. اما وقتی فرد شروع به حرکت می‌کند، وضعیت پیچیده می‌شود؛ تنها با راه رفتن، خطای اندازه‌گیری تا ۱۵ میلی‌متر جیوه افزایش می‌یابد. افراد مسن چالش دیگری را ایجاد می‌کنند، زیرا معمولاً عروق خونی آن‌ها سفت‌تر هستند و این امر خوانش‌ها را بیشتر مختل می‌کند. برای حل این مشکل، مهندسان در حال کار بر روی ترکیب حسگرهای مختلف — نوری و الکتریکی — همراه با الگوریتم‌های پیشرفته هوش مصنوعی هستند تا نتایج دقیق‌تری را برای همه افراد صرف‌نظر از سن یا سطح فعالیت فراهم کنند.

پیش‌بینی چرخه قاعدگی با استفاده از روندهای دمای بدن، خواب و HRV

بهترین دستگاه‌های پوشیدنی امروزه چیزهایی مانند دمای پوست در شب، تغییرات ضربان قلب و عادات خواب را ردیابی می‌کنند تا بتوانند زمان تخمک‌گذاری فردی را حدس بزنند. آزمایش‌های بالینی نشان می‌دهند که این دستگاه‌ها حدود ۷۰ تا شاید ۸۵ درصد اوقات درست پیش‌بینی می‌کنند. برخی تحقیقات سال گذشته نشان داده‌اند که ترکیب اندازه‌گیری دمای بدن پایه با کیفیت خواب فرد، پیش‌بینی فازهای چرخه قاعدگی را حدود ۲۲ درصد بهتر از استفاده صرف از تقویم انجام می‌دهد. اما محدودیت‌هایی وجود دارد. برای زنانی که چرخه‌های غیرمنظم دارند یا مشکلاتی مانند سندرم تخمدان پلی‌کیستیک دارند، این دستگاه‌ها عملکرد خوبی ندارند؛ بنابراین پزشکان همچنان به ابزارهای دیگری برای تشخیص دقیق نیاز دارند.

بحث درباره اعتبار بالینی: جایگاه داده‌های سلامت ساعت‌های هوشمند امروز

بر اساس مطالعه‌ای اخیر از دانشگاه جان هاپکینز در سال 2024، بیشتر ساعت‌های هوشمند موجود در بازار امروزه واقعاً توسط سازمان غذا و دارو (FDA) برای اهداف تشخیص پزشکی تأیید نشده‌اند. حدود 8 از هر 10 ویژگی سلامتی که این دستگاه‌ها ارائه می‌دهند، از رویه‌های تنظیم‌کننده مناسب عبور نکرده‌اند. همچنان مشکلاتی نیز در زمینه دقت اندازه‌گیری وجود دارد. به عنوان مثال، سطح اکسیژن خون اغلب در طول تمرینات شدید دچار اختلال می‌شود و نظارت بر ضربان قلب تمایل دارد ریتم‌های نامنظم را در افراد با پوست تیره‌تر از قلم بیندازد. اما بررسی روندهای بلندمدت امیدوارکننده است. تحقیقات مرکز پزشکی مایو از سال گذشته نشان داد که تقریباً 70 درصد از موارد فشار خون بالا ممکن است با ردیابی الگوهای ضربان قلب در چند ماه اولیه شناسایی شوند. بنابراین، هرچند این دستگاه‌های پوشیدنی نمی‌توانند جایگزین ویزیت پزشک شوند، اما به تشخیص مشکلات احتمالی قبل از تبدیل شدن به بحران کمک می‌کنند و گفتگوهای بهتری بین بیماران و ارائه‌دهندگان خدمات بهداشتی دربارهٔ آنچه روزانه در بدن آن‌ها اتفاق می‌افتد، ایجاد می‌کنند.

‫سوالات متداول‬

تکنولوژی PPG در ساعت‌های هوشمند چیست؟

PPG یا فوتوفلئوموگرافی، تکنولوژی‌ای در ساعت‌های هوشمند است که از نور LED برای اندازه‌گیری نوسانات جریان خون از طریق پوست استفاده می‌کند و نظارت مداوم بر ضربان قلب را فراهم می‌کند.

دقت ساعت‌های هوشمند در تشخیص فیبریلاسیون دهلیزی چقدر است؟

ساعت‌های هوشمند مجهز به تکنولوژی PPG قادر به تشخیص فیبریلاسیون دهلیزی با دقت حدود ۷۳ تا ۸۴ درصد هستند که در مقایسه با دستگاه‌های ECG اختصاصی بیمارستانی متفاوت است.

آیا ساعت‌های هوشمند می‌توانند جایگزین ابزارهای تشخیص پزشکی شوند؟

اگرچه ساعت‌های هوشمند بینش‌های ارزشمندی در مورد سلامت ارائه می‌دهند، اما نمی‌توانند جایگزین ابزارهای تشخیص پزشکی و مشاوره حرفه‌ای پزشکی شوند.

ساعت‌های هوشمند چگونه مراحل خواب را نظارت می‌کنند؟

ساعت‌های هوشمند از داده‌های تغییرات ضربان قلب و حرکت حاصل از شتاب‌سنج‌ها برای تعیین مراحل خواب با دقت ۸۵ تا ۹۲ درصد در مقایسه با پلی‌سومنوگرافی استفاده می‌کنند.

آیا ساعت‌های هوشمند برای اندازه‌گیری سطح اکسیژن خون قابل اعتماد هستند؟

دستگاه‌های پوشیدنی مصرف‌کننده ممکن است از نظر دقت متفاوت باشند و حدود ۳ تا ۵ درصد با دستگاه‌های بیمارستانی تفاوت داشته باشند.