Kako pametni sat za muškarce prati otkucaje srca tijekom intenzivnih treninga?

Optički senzor podržava čitanje

Pratnja otkucaja srca na pametnim satovima za muškarce temelji se na tehnologiji koja se zove fotoplethysmography, obično skraćeno PPG. Načelo je jednostavno. Diode koje emitiraju svjetlost na stražnjoj strani sata zrače zelenom svjetlo u kožu, a fotodetektor mjeri koliko se svjetlosti reflektuje natrag. Krv apsorbira zeleno svjetlo više nego okolno tkivo, tako da se, kako srce pumpa i volumen krvi u kapilarima mijenja, reflektiranom svjetlu daje se promjena u intenzitetu u skladu s ritmom otkucaja srca. Sat broji te fluktuacije kako bi izračunao otkucaje u minuti. Zelena svjetlost se koristi zato što dobro prodire u kožu i jer je hemoglobin snažno apsorbira. Neki uređaji dodaju crvene i infracrvene diode za dublja mjerenja, a tako se izvodi kisik u krvi i druge mjere.

Zašto je vježbanje najveći izazov

Optička metoda dobro radi u mirovanju, ali intenzivni trening stvara probleme. Svaki zamah ruke, udarac noge i kontrakcija mišića pomjeraju sat na zapešću i mijenjaju pritisak kontakta između senzora i kože. Taj pokret uvodi buku u signal koji može izgledati kao puls, a nije. Znoj pogoršava to time što mijenja optička svojstva površine kože i ponekad stvara tanak sloj između senzora i kože koji raspršuje svjetlost. Zbog toga je preciznost otkucaja srca teže postići tijekom trčanja, burpeea ili dizanja teških stvari nego dok se hoda. Proizvođači se bore protiv toga pomoću akcelerometara koji otkrivaju kretanje i algoritama koji filtriraju artefakte kretanja, ali nijedan optički senzor nije potpuno imun na ovaj problem.

Sensorska oprema i što razlikuje bolje od lošeg

Kvalitet optičkih komponenti i analognog prednjeg kraja čini mjerljivu razliku. Nekoliko hardverskih faktora je bitno.

1. Broj i raspored LED-a i fotodiode, gdje više parova poboljšava hvatanje signala u različitim položajima zgloba.

2. Odabir valne dužine, jer zelena najbolje djeluje za otkucaje srca, dok crvena i infracrvena podržavaju dodatne metrike.

3. Uzorci se uzimaju u skladu s standardima za uzorkovanje.

4. Kvalitet analognog front-enda, koji određuje koliko je čist sirovi signal prije obrade.

Uređaj s dobro dizajniranim senzorskim nizom i analognim prednjim krajem s niskom buku održaće čitanje tijekom intervala sprinta gdje jeftiniji uređaj potpuno gubi signal. Ovo je područje gdje je razlika između proračunskog sat i srednjeg raspona postaje očigledna, ne na spec listu, ali na opisu vježbanja.

Algoritmi i obrada signala koji omogućavaju upotrebu podataka

Sirovi podaci PPG-a su bučni i trebaju obraditi prije nego što postanu broj srčanog udara. Algoritam mora identificirati impulse, odbaciti artefakt pokreta i upravljati periodima kada signal odustane. Odbacivanje artefakata je najteži dio. Neki sustavi koriste podatke akcelerometra za modeliranje pokreta i oduzimanje ga od optičkog signala. Drugi koriste adaptivne filtere koji u stvarnom vremenu uče obrazac buke. Kvalitet ovih algoritama često je važniji od same hardvere senzora. Dva sata s identičnim senzorima mogu dati vrlo različite rezultate jer jedan ima bolju obradu signala. U sljedećoj tablici uspoređujemo tipičnu točnost među vrstama djelatnosti.

U skladu s člankom 3. stavkom 2. Uzorak je dosljedan. Točnost se smanjuje s povećanjem intenziteta kretanja, a nijedan optički sat ne može potpuno izbjeći to.

Određivanje i postavljanje određuju performanse u stvarnom svijetu

Čak i najbolji senzor loše djeluje ako sat nije pravilno nošen. Nekoliko praktičnih pravila je važnije nego što većina korisnika shvaća.

Sat treba biti ugrožen za kožu, oko jedne šire prste iznad zglobne kosti. Otpušten sat omogućuje svjetlost u propasti i mijenja se tijekom kretanja. Ako je sat previše visok ili nizak, senzor se udaljuje od najboljeg područja za krvne žile. Kod vrlo dlakavih zglobova, senzor može imati problema jer dlaka blokira prijenos svjetlosti. U hladnom vremenu, smanjen protok krvi do ekstremiteta može oslabiti signal. Privjesiti pojas prije vježbanja i otpustiti ga nakon toga je mala navika koja znatno poboljšava točnost.

Slučaj u kojem je točnost praćenja testirana u praksi

Tijekom ciklusa razvoja proizvoda za sat fokusiran na fitnes, testni tim je uporedio s monitorom na prsima, koji se općenito smatra referentnim standardom za otkucaje srca tijekom vježbanja. Test je uključivao trideset minuta intervalnog treninga s izmjenama sprinta i razdoblja oporavka. Sat se u nekoliko otkucaja poklapao s prsnim remenom tijekom trčanja u ravnoj fazi, ali se razlikovao do petnaest otkucaja tijekom intervala u sprintu. Pregled sirovih podataka pokazao je da se divergencija dogodila u trenutku maksimalnog ubrzanja ruke. Popravak uključuje podešavanje algoritma odbacivanja pokreta kako bi se podaci akcelerometra težili teže tijekom perioda visokog pokreta. Nakon promjene, divergencija tijekom sprinta znatno se smanjila. Takva vrsta ponavljanja je ono što razlikuje sat koji dobro prati u laboratoriju od onog koji dobro prati u teretani.

Gdje optičko praćenje ima iskrene granice

Vrijedi biti iskren u vezi s ograničenjima. Optičko praćenje otkucaja srca nije medicinsko mjerenje. To je alat za fitnes i najbolje radi za trendove tijekom vremena, a ne za precizne trenutne odčitavanja. Korisnici koji trebaju kliničku točnost trebaju koristiti prsni pojas ili medicinski uređaj. Određeni uvjeti, kao što su vrlo niski otkucaji srca u mirovanju ili nepravilni ritmi, mogu zbuniti algoritam. Tamnije boje kože i tetovaže mogu utjecati na apsorpciju svjetlosti, iako noviji senzori to bolje rešavaju nego stariji. Hladno okruženje, loša prilagođavanje i visoko kretanje sve smanjuje točnost. Razumijevanje tih granica pomaže korisnicima da razumno tumače svoje podatke umjesto da svaki odraz tretiraju kao točan.

Kako dosljednost proizvodnje podupire pouzdano praćenje

Pratnja otkucaja srca ovisi o kalibraciji senzora, firmwareu i konzistentnosti proizvodnje. Šarija satova s promenljivim smjerom senzora ili nekonzistentnim firmwareom će proizvesti nepredvidljive rezultate u terenu. Shenzhen Karen M Electronics razvija i proizvodi pametne nosive uređaje od 2014. godine, djelujući iz Shenzhena s naglaskom na isplativim proizvodima i personaliziranoj usluzi. Za brendove kojima je potrebna dosljedna praćenja performansi preko narudžbi, to iskustvo u sektoru nosivih je ono što drži podatke pouzdane.