Kako pametni ura za moške meri srčni utrip med intenzivnimi vadbenimi sejami?

Optični načelo zaznavanja za branje

Sledenje utripu srca na pametnem uri za moške temelji na tehnologiji, imenovani fotopletizmografija, ki se običajno skrača v PPG. Načelo je preprosto. Svetlobne diode na zadnji strani ure pošiljajo zeleno svetlobo v kožo, fotodetektor pa meri količino odbite svetlobe. Kri bolj absorbira zeleno svetlobo kot okoliško tkivo, zato se jakost odbite svetlobe spreminja v ritmu utripanja srca, ko srce črpa kri in se prostornina krvi v kapilarah spreminja. Ura šteje te spremembe, da izračuna utripe na minuto. Uporablja se zelena svetloba, ker dobro prodre skozi kožo in jo hemoglobin močno absorbira. Nekatera naprave dodajo rdeče in infrardeče diode za globlje meritve, kar omogoča določanje nasičenosti krvi z kisikom in drugih parametrov.

Zakaj je gibanje največja izziv

Optična metoda deluje dobro v mirovanju, a intenzivne vadbe povzročajo težave. Vsak zamah roke, udarec noge in krčenje mišice premakne uro na zapestju ter spremeni tlak stika med senzorjem in kožo. Ta gibanja vneseta šum v signal, ki lahko izgleda kot pulz, čeprav ni. Znoj to še poslabša, saj spreminja optične lastnosti kožne površine in včasih ustvari tanko plast med senzorjem in kožo, ki razprši svetlobo. Zato je natančnost merjenja srčnega utripa med tekom, burpeemi ali težkim dviganjem težje doseči kot med hojo. Proizvajalci to rešujejo z akcelerometri, ki zaznavajo gibanje, in algoritmi, ki odstranijo motnje zaradi gibanja, a noben optični senzor ni popolnoma odporen proti temu problemu.

Strojna oprema senzorja in dejavniki, ki ločijo boljše od slabših rešitev

Kakovost optičnih komponent in analognega vhodnega dela povzroča merljivo razliko. Nekaj strojnih dejavnikov je pomembnih.

1. Število in razporeditev parov LED in fotodiod, pri čemer večje število parov izboljša zajem signala pri različnih položajih zapestja.

2. Izbira valovne dolžine, saj zelena svetloba najbolje deluje za merjenje srčnega utripa, rdeča in infrardeča pa omogočata dodatne meritve.

3. Vzorčevalna frekvenca, pri čemer višja frekvenca omogoča zajem hitrih sprememb med intervalsko vadbo.

4. Kakovost analognega vhodnega stopnja, ki določa, kako čist je surov signal pred obdelavo.

Naprava z dobro zasnovanim senzorskim poljem in analognim vhodnim stopnjem z nizkim šumom ohrani meritev med sprintom, medtem ko cenejša naprava popolnoma izgubi signal. To je področje, kjer se razlika med vstopno in srednje cenovno uro jasno pokaže – ne na tehničnem listu, temveč na povzetku vadbe.

Algoritmi in obdelava signala, ki naredita podatke uporabne

Surovi podatki PPG so šumni in jih je treba močno obdelati, preden postanejo številka utripa srca. Algoritem mora prepoznati vrhove pulza, zavrniti motnje zaradi gibanja in obravnavati obdobja, ko signal izgine. Najtežji del je zavrnitev motenj zaradi gibanja. Nekateri sistemi uporabljajo podatke pospeška za modeliranje gibanja in njegovo odštevanje iz optičnega signala. Drugi uporabljajo prilagodljive filtre, ki vzorčijo vzorec šuma v realnem času. Kakovost teh algoritmov pogosto pomembnejša kot samo strojna oprema senzorja. Dva ura z enakimi senzorji lahko dasta zelo različne rezultate, ker ima ena boljšo obdelavo signala. Spodnja tabela primerja tipično natančnost po vrstah dejavnosti.

Te razponi so predstavni in se zelo razlikujejo glede na napravo in prileganje. Vzorec je enakomeren. Natančnost se zmanjšuje z naraščajočo intenzivnostjo gibanja in nobena optična ura tega ne more povsem izogniti.

Prileganje in postavitev določata dejansko delovanje

Celotna najboljša senzorja slabo delujejo, če uro ne nosimo pravilno. Nekaj praktičnih pravil je pomembnejših, kot si večina uporabnikov predstavlja.

Ura naj leži tesno ob koži, približno en prst široko nad zapestno kostjo. Ohlapna ura dopušča vstop svetlobe in se med gibanjem premika. Če ura nosimo previsoko ali prenizko, se senzor premakne stran od najboljšega krvnega območja. Pri zelo dlakavih zapestjih senzor morda težava, saj dlaka ovira prenos svetlobe. V hladnem vremenu se pretok krvi v udih zmanjša in s tem oslabi signal. Zategnite trak pred treningom in ga po njem ohladite – majhen navad, ki opazno izboljša natančnost.

Primer, pri katerem je bila natančnost sledenja preizkušena v praksi

Med ciklom razvoja izdelka za uro, namenjeno fitnesu, je testna ekipa izvedla primerjavo z monitorjem v obliki prsnega traku, ki se splošno šteje za referenčni standard za merjenje srčnega utripa med vadbo. Test je vključeval tridesetminutno intervalno vadbo z izmeničnimi fazami hitrega teka in oporavka. Ura je pri enakomernem teku ustrezala podatkom s prsnega traku z natančnostjo nekaj udarcev na minuto, med fazami hitrega teka pa se je odstopanje povečalo do petnajst udarcev na minuto. Analiza surovih podatkov je pokazala, da se je odstopanje pojavilo točno v trenutku največje pospešitve roke. Rešitev je vključevala prilagoditev algoritma za zavrnitev gibanja tako, da je med obdobji intenzivnega gibanja večjo težo dobila podatkovna zbirka s pospeška. Po tej spremembi se je odstopanje med fazami hitrega teka znatno zmanjšalo. Takšna vrsta ponovitev loči uro, ki dobro sledi srčnemu utripu v laboratoriju, od ure, ki dobro sledi srčnemu utripu v telovadnici.

Kje optično sledenje doseže svoje iskrene meje

Vredno je biti neposreden glede omejitev. Optično spremljanje srčnega utripa ni meritve medicinske natančnosti. Gre za orodje za fitnes, ki deluje najbolje pri spremljanju trendov v času, ne pa pri natančnih trenutnih merjenjih. Uporabniki, ki potrebujejo klinično natančnost, naj uporabljajo prsni trak ali medicinsko napravo. Določeni pogoji, kot so zelo nizki mirovni srčni utripi ali nepravilni ritem, lahko zmedejo algoritem. Temnejši odtenki kože in tatuirke lahko vplivajo na absorpcijo svetlobe, čeprav novejši senzorji to obravnavajo bolje kot starejši. Hladne razmere, slaba prileganost in intenzivno gibanje zmanjšujejo natančnost. Razumevanje teh omejitev pomaga uporabnikom smiselno razlagati svoje podatke namesto, da bi vsako meritev obravnavali kot natančno.

Kako doslednost proizvodnje zagotavlja zanesljivo spremljanje

Zmogljivost spremljanja utripa srca je odvisna od kalibracije senzorja, programske opreme in enotnosti izdelave v proizvodnji. Serija ur z različno poravnano namestitvijo senzorjev ali neenotno programsko opremo bo na terenu dala nepredvidljive rezultate. Shenzhen Karen M Electronics se od leta 2014 ukvarja z razvojem in proizvodnjo pametnih nosljivih naprav ter deluje v Šenženu z osredotočenostjo na cenovno ugodne izdelke in osebni servis. Za blagovne znamke, ki potrebujejo enotno zmogljivost spremljanja med različnimi naročili, je to izkušnja na področju nosljivih naprav ključnega pomena za zanesljivost podatkov.