Miten miehille tarkoitettu älykello mittaa sykkeen taajuutta kovien treenien aikana?

Optisen tunnistuksen periaate lukemisessa

Miesten älykellojen sydämen sykkeen seuranta perustuu fotopletysmografiateknologiaan, jota yleensä lyhennetään PPG:ksi. Periaate on yksinkertainen. Kellon takapuolella olevat valodiodit säteilevät vihreää valoa ihoon, ja valoanturi mittaa heijastuneen valon määrää. Veri absorboi vihreää valoa enemmän kuin ympäröivä kudos, joten kun sydän pumpaa ja kapillaariveren tilavuus vaihtelee, heijastuneen valon intensiteetti vaihtelee rytmissä sydämen lyöntien kanssa. Kello laskee näitä vaihteluita laskemaan lyöntien määrän minuutissa. Vihreää valoa käytetään, koska se tunkeutuu ihoon hyvin ja hemoglobiini absorboi sitä voimakkaasti. Jotkin laitteet lisäävät punaisia ja infrapunavalodiodeja syvempiin mittauksiin, mikä mahdollistaa veren happipitoisuuden ja muiden parametrien määrittämisen.

Miksi liike on suurin haaste

Optinen menetelmä toimii hyvin levossa, mutta intensiiviset treenit aiheuttavat ongelmia. Jokainen käsivarren heilahdus, jalka-askel ja lihas supistuminen siirtää kelloa rannealueella ja muuttaa anturin ja ihan välillä vallitsevaa kosketuspainetta. Tämä liike lisää signaaliin kohinaa, joka voi näyttää sykäykseltä, vaikka sitä ei olisikaan. Hi sweat pahentaa tilannetta muuttamalla ihan pinnan optisia ominaisuuksia ja joskus luoden ohuen kerroksen anturin ja ihan välille, joka hajottaa valoa. Siksi sykkeen tarkkuus juoksussa, burpeessa tai raskaiden painojen nostossa on vaikeampi saavuttaa kuin kävellessä. Valmistajat ratkaisevat tämän kiihtyvyysantureilla, jotka havaitsevat liikettä, ja algoritmeillä, jotka suodattavat pois liikkeestä johtuvat häiriöt, mutta mikään optinen anturi ei ole täysin immuuni tälle ongelmalle.

Anturin laitteisto ja se, mikä erottaa paremman huonommasta

Optisten komponenttien ja analogisen etupäätyjen laatu tekee mitattavan eron. Muutama laitteistotekijä on merkityksellinen.

1. LED- ja fotodiodiparien lukumäärä ja järjestely, jossa useammat parit parantavat signaalin keruuta eri ranneasennoissa.

2. Aallonpituuden valinta, koska vihreä toimii parhaiten sykkeen mittaamiseen, kun taas punainen ja infrapuna tukevat muita mittauksia.

3. Näytteenottotaajuus, jossa korkeammat taajuudet havaitsevat nopeita muutoksia intervalliharjoittelun aikana.

4. Analoginen etupää, jonka laatu määrittää, kuinka puhtaana raakasignaali on ennen käsittelyä.

Laitteella, jossa on hyvin suunniteltu anturiryhmä ja alhaisen kohinan analoginen etupää, säilyy lukema koko sprinttivälityksen ajan, kun halvempi laite menettää signaalin kokonaan. Tämä on alue, jossa budjettilisän ja keskitason kellon välinen ero tulee selvästi esille – ei teknisissä tiedoissa, vaan harjoitteluyhteenvetoraportissa.

Algoritmit ja signaalinkäsittely, jotka tekevät tiedoista käytettäviä

Raakat PPG-tiedot ovat kohinaisia ja niitä on käsiteltävä laajasti ennen kuin niistä saadaan sykkeen lukuarvo. Algoritmin on tunnistettava pulssihuiput, hylättävä liikehäiriöt ja käsiteltävä ajanjaksoja, jolloin signaali katkeaa. Liikehäiriöiden hylkäys on vaikein osa. Jotkin järjestelmät käyttävät kiihtyvyysanturin tietoja liikkeen mallintamiseen ja sen vähentämiseen optisesta signaalista. Toiset käyttävät sopeutuvia suodattimia, jotka oppivat hälykuvion reaaliajassa. Näiden algoritmien laatu on usein tärkeämpi kuin itse anturilaitteiston laatu. Kaksi kelloa, joissa on identtiset anturit, voi tuottaa hyvin erilaisia tuloksia, koska toisessa on parempi signaalinkäsittely. Alla oleva taulukko vertailee tyypillistä tarkkuutta eri liiketyypeissä.

Nämä alueet ovat edustavia, mutta niiden arvot vaihtelevat laajasti laitteen ja istuvuuden mukaan. Kaavio on kuitenkin johdonmukainen. Tarkkuus heikkenee liikkeen voimakkuuden kasvaessa, eikä yksikään optinen kello täysin pääse tästä välttämään.

Istuvuus ja sijoitus määrittävät käytännön suorituskyvyn

Parhaankin anturin suorituskyky on huono, jos kelloa ei pidetä oikein. Muutama käytännöllinen sääntö on tärkeämpi kuin useimmille käyttäjille tulee ajatelleeksi.

Kellon tulisi istua tiukkenevasti ihoa vasten noin yhden sormen leveyden päällä ranteen luuta. Liian löysä kello antaa valon vuotaa sisään ja siirtyy liikkeen aikana. Liian korkealle tai liian alhaalle asetettu kello siirtää anturin pois parhaasta verisuonialueesta. Erittäin karvaisilla ranteilla anturi saattaa kamppailla, koska karva estää valon läpäisemistä. Kylmässä sävässä verenkierto äärimmäisyyksiin heikkenee, mikä voi heikentää signaalia. Nauhan kiristäminen ennen treeniä ja löysentäminen sen jälkeen on pieni tapa, joka parantaa huomattavasti tarkkuutta.

Tapaus, jossa seurantatarkkuutta testattiin käytännössä

Kun kehitettiin kunnon seurantaan keskittyvää kelloa, testiryhmä vertasi sen suorituskykyä rintanauhalla toimivaan sykkeenmittariin, jota yleisesti pidetään viitestandardina liikkeen aikaiselle sykkeen mittaukselle. Testissä suoritettiin kolmekymmentä minuuttia kestänyt väliaikainen harjoitus, jossa vaihdeltiin kiihdytysjaksoja ja toipumisjaksoja. Kello antoi saman sykkeen kuin rintanauha muutaman lyönnin tarkkuudella vakionopeudella juostessa, mutta poikkesi jopa viiteentoista lyöntiin kiihdytysjaksojen aikana. Raakadatan tarkastelu osoitti, että poikkeama tapahtui heti käsien kiihtyvyyden huippuarvossa. Korjaus toteutettiin säätämällä liikkeen hylkäysalgoritmia siten, että kiihtyvyysanturin dataa painotettiin enemmän korkean liikkeen aikana. Muutoksen jälkeen poikkeama kiihdytysjaksojen aikana pieneni huomattavasti. Tällainen toistuvaa parannusta edellyttävä prosessi erottaa kellon, joka toimii hyvin laboratoriossa, sellaisesta, joka toimii hyvin kuntosalissa.

Optisen seurannan rehelliset rajat

On syytä olla suorapuheinen rajoituksista. Optinen sykkeen seuranta ei ole lääketieteellisen tarkkuuden mittaus. Se on kunnonvalvontatyökalu, joka toimii parhaiten pitkän aikavälin trendien seurannassa eikä tarkkojen hetkellisten lukemien mittaamisessa. Kliinistä tarkkuutta vaativien käyttäjien tulisi käyttää rintasuhdetta tai lääketieteellistä laitetta. Tiettyjä tiloja, kuten erityisen alhaista leposydämenlyöntitaajuutta tai epäsäännölistä rytmikäytöstä, voi olla vaikea tunnistaa algoritmilla. Tummemmat ihot ja tatuoinnit voivat vaikuttaa valon absorboitumiseen, vaikka uudemmat anturit käsittelevätkin tätä paremmin kuin vanhemmat. Kylmä ympäristö, huono istuvuus ja voimakas liike heikentävät tarkkuutta. Näiden rajoitusten ymmärtäminen auttaa käyttäjiä tulkkaamaan tietojaan järkevästi eikä pitämään jokaista lukemaa täysin tarkkana.

Miten valmistuksen yhdenmukaisuus tukee luotettavaa seurantaa

Sydämen sykkeen seurannan suorituskyky riippuu anturin kalibroinnista, firmwaresta ja tuotannon aikaisesta rakennemuutoksesta. Kellojen erä, jossa anturien sijoittelu vaihtelee tai firmware on epäyhtenäinen, tuottaa kentällä ennakoimattomia tuloksia. Shenzhen Karen M Electronics on kehittänyt ja tuottanut älykkäitä kuljeteltavia laitteita vuodesta 2014 lähtien ja toimii Shenzhensissä keskittyen kustannustehokkaisiin tuotteisiin ja henkilökohtaisiin palveluihin. Merkeille, jotka tarvitsevat yhtenäistä seurantasuorituskykyä tilauksien välillä, tämä kokemus kuljeteltavien laitteiden alalla varmistaa luotettavan datan.