Како умните часовници за мажи ги следат врската на срцето во текот на интензивни тренировки?

Оптичкиот принцип на детекција зад читањето

Праќањето на пулсот на интелигентен часовник за мажи се заснова на технологија наречена фотоплетизмографија, обично скратено како PPG. Принципот е едноставен. Светлодавачите (LED) на задниот дел на часовникот испуштаат зелена светлина во кожата, а фотодетекторот го мери количеството одразена светлина. Крвта повеќе ја апсорбира зелената светлина отколку околниот ткивен ткиво, па додека срцето пумпа и волуменот на крвта во капиларите се менува, интензитетот на одразената светлина флуктуира во ритам со ударите на срцето. Часовникот брои тие флуктуации за да го пресмета бројот на удари по минута. Зелената светлина се користи затоа што добро проникнува низ кожата и силно се апсорбира од хемоглобинот. Некои уреди додаваат црвени и инфрацрвени LED-ови за по-длабоки мерења, што е начинот на кој се добиваат нивоата на кислород во крвта и други метрики.

Зошто движењето е најголемиот предизвик

Оптичкиот метод функционира добро во состојба на мирување, но интензивните вежби предизвикуваат проблеми. Секое замавнување на рацете, удар на стапалата и контракција на мускулите го поместуваат сатот на зглобот и ја менуваат притисната контактна површина помеѓу сензорот и кожата. Ова движење внесува шум во сигналот кој може да изгледа како пулс, иако не е таков. Знојот го влошува ова со менување на оптичките својства на површината на кожата и понекогаш создава тенка пластина помеѓу сензорот и кожата која расејува светлина. Затоа, точноста на мерењето на пулсот за време на трчање, барпија или тежок ладење е потешка за постигнување отколку при шетање. Производителите го надминуваат ова со акселерометри кои детектираат движење и алгоритми кои филтрираат артефакти од движење, но ниту еден оптички сензор не е сосема имунитетен на овој проблем.

Хардвер на сензори и она што ги разликува подобри од полоши

Квалитетот на оптичките компоненти и аналогниот преден крај прави мерлива разлика. Неколку хардверски фактори се од значење.

1. Бројот и распоредот на LED и фотодиодните парови, каде што повеќе парови подобруваат фиксирање на сигналот во различни положби на зглобот.

2. Избор на бранова должина, бидејќи зелената светлина најдобро функционира за мерење на пулсот, додека црвената и инфрацрвената светлина поддржуваат дополнителни метрики.

3. Честота на семплирање, каде што повисоките честоти ги фиксираат брзите промени во текот на интервалното тренирање.

4. Квалитет на аналогниот преден крај, кој одредува колку чист е сировиот сигнал пред обработка.

Уред со добро дизајнирана сензорска низа и аналоген преден крај со ниско ниво на шум ќе го задржи читањето во текот на спринт интервал, додека поевтиниот уред целосно го губи сигналот. Ова е областа каде што разликата помеѓу бюджетен часовник и уред од средна класа станува очигледна — не на техничките спецификации, туку на резимето од тренингот.

Алгоритми и обработка на сигналот кои ги прават податоците употребливи

Сировите ППГ податоци се бучни и мора да се интензивно обработат пред да се претворат во бројка за пулс. Алгоритмот мора да ги идентификува врвовите на пулсот, да отфрли артефакти од движење и да ги справува периодите кога сигналот исчезнува. Отфрлањето на артефактите од движење е најтешкиот дел. Некои системи користат податоци од акселерометарот за моделирање на движењето и одземање на истото од оптичкиот сигнал. Други користат адаптивни филтри кои во реално време учат го шаблонот на шумот. Квалитетот на овие алгоритми често е пооделувачки од самата хардверска компонента на сензорот. Две сатови со идентични сензори можат да произведат многу различни резултати затоа што едниот има подобри алгоритми за обработка на сигналот. Табелата подолу ги споредува типичните точности според видовите активности.

Овие опсези се репрезентативни и значително варираат според уредот и прилегнувањето. Шаблонот е постојан. Точноста се намалува со зголемување на интензитетот на движењето, а ниту еден оптички часовник целосно не избегнува ова.

Прилегнувањето и позиционирањето одредуваат вистинската перформанса

Дури и најдобриот сензор работи лошо ако часовникот не е носен правилно. Неколку практични правила имаат поголемо значење отколку што повеќето корисници мислат.

Часовникот треба да седи чврсто до кожата, околу една ширина на прст над коската на китката. Лабавиот часовник овозможува продирање на светлина и се поместува при движење. Носењето на часовникот премногу високо или премногу ниско го оддалечува сензорот од областа со најдобро крвно снабдување. Кај многу длабоки китки, сензорот може да има потешкотии бидејќи косата го блокира преносот на светлина. Во студено време, намалениот крвен тек кон периферните делови може да го ослаби сигналот. Притегнувањето на ременчето пред вежбање и отслабувањето по вежбање е мала навика која забележливо подобрува точноста.

Случај каде точноста на следењето беше тестирана во пракса

Во текот на циклусот на развој на производот за часовник со фокус врз фитнес, тим за тестирање изврши споредба со монитор за градиот кој се смета за референтен стандард за мерење на пулсот во текот на вежбање. Тестот вклучуваше триесетминутна интервална сесија со алтернативни периоди на спринт и опоравување. Часовникот покажуваше резултати што се совпаѓаа со оние од мониторот за градиот во рамки на неколку удари во текот на стабилно трчање, но се разликуваше до петнаесет удари во текот на спринт-периодите. Прегледот на сировите податоци покажа дека разликата настануваше во моментот на максималното забрзување на рацете. Решението вклучуваше прилагодување на алгоритмот за отфрлање на движењето, така што податоците од акселерометарот добиваа поголема тежина во периодите со интензивно движење. По оваа промена, разликата во текот на спринтовите периоди значително се намали. Таквата итерација е она што го разликува часовникот кој добро следи во лабораторија од онај што добро следи во фитнес-салонот.

Каде оптичкото следење има вистински ограничувања

Вреди да се бидеме директни за ограничувањата. Оптичкото следење на пулсот не е мерење од медицинска класа. Тоа е алатка за фитнес и најдобро функционира за трендови со текот на времето, а не за прецизни моментални читања. Корисниците кои имаат потреба од клиничка точност треба да користат грдна лента или медицинско уред. Известни состојби, како што се многу ниски вредности на пулсот во состојба на мирување или неправилни ритми, можат да го збунат алгоритмот. По-тамните бои на кожата и татуажите можат да влијаат на апсорпцијата на светлината, иако новите сензори по-добро се справуваат со ова отколку постарите. Студени услови, лошо прилагодување и интензивно движење го намалуваат точноста. Разбирањето на овие ограничувања помага на корисниците да ги толкуваат своите податоци разумно, наместо да го третираат секое читање како сосема точно.

Како конзистентноста во производството ја поткрепува доверливото следење

Перформансот на следењето на пулсот зависи од калибрацијата на сензорот, фермверот и конзистентноста во производството. Партија часовници со варијабилна поравнување на сензорите или неконзистентен фермвер ќе произведе непредвидливи резултати во пракса. Шенџен Керен М Електроникс развива и произведува интелигентни носливи уреди од 2014 година, работи од Шенџен со фокус врз продукти со добар однос цена-квалитет и персонализиран сервис. За брендовите кои имаат потреба од конзистентен перформанс на следењето низ различните нарачки, тоа искуство во секторот на носливите уреди е она што ги прави податоците доверливи.