Paano sinusubaybayan ng isang smart watch para sa mga lalaki ang heart rate habang nag-e-exercise nang mabigat?

Ang Prinsipyo ng Optical Sensing sa Likod ng Pagbasa

Ang pagsubaybay sa heart rate sa isang smart watch para sa mga lalaki ay umaasa sa isang teknolohiya na tinatawag na photoplethysmography, na karaniwang pinapakurta bilang PPG. Ang prinsipyo ay simple lamang. Ang mga light-emitting diode sa likod ng relo ay nagpapasilaw ng berdeng liwanag sa balat, at isang photodetector ang sumusukat kung gaano karaming liwanag ang sumisilaw pabalik. Ang dugo ay mas sumisipsip ng berdeng liwanag kaysa sa kapaligirang tissue, kaya’t habang tumutumba ang puso at nagbabago ang dami ng dugo sa mga capillary, ang intensity ng sumisilaw na liwanag ay nag-uumpisa ng ritmo kasabay ng tibok ng puso. Binibilang ng relo ang mga pagbabagong ito upang kalkulahin ang bilang ng tibok bawat minuto. Ginagamit ang berdeng liwanag dahil mainam ang pagpasok nito sa balat at malakas ang pag-absorb nito ng hemoglobin. Ilan sa mga device ay nagdaragdag ng red at infrared LED para sa mas malalim na pagsukat, na kung paano kinukuha ang antas ng blood oxygen at iba pang sukatan.

Bakit ang Galaw ang Pinakamalaking Hamon

Ang optical na paraan ay gumagana nang maayos kapag nakatigil, ngunit ang matalas na pagsasanay ay nagdudulot ng mga problema. Ang bawat paggalaw ng braso, pagtama ng paa, at pagkontrata ng kalamnan ay nagpapalipat-lipat ng relo sa pulso at nagbabago ng presyon ng kontak sa pagitan ng sensor at balat. Ang ganitong galaw ay nagdadagdag ng ingay sa signal na maaaring mukhang pulso kahit wala naman talagang pulso. Ang pawis ay lalo pang pumipinsala dahil binabago nito ang optical na katangian ng ibabaw ng balat at minsan ay lumilikha ng manipis na patong sa pagitan ng sensor at balat na nagkakalat ng liwanag. Kaya nga mas mahirap makamit ang katiyakan ng heart rate habang tumatakbo, gumagawa ng burpees, o nangunguha ng mabigat kaysa habang naglalakad. Ginagampanan ng mga tagagawa ang isyu na ito gamit ang mga accelerometer na nakikilala ang galaw at mga algorithm na nagfi-filter ng mga artifact dulot ng galaw, ngunit walang optical sensor na ganap na immune sa problemang ito.

Hardware ng Sensor at Ano ang Naghihiwalay sa Mahusay Mula sa Di-Mahusay

Ang kalidad ng mga optical na bahagi at ng analog front end ay may malinaw na epekto. May ilang mga salik sa hardware na mahalaga.

1. Bilang at pagkakasunud-sunod ng mga pares na LED at photodiode, kung saan ang mas maraming pares ay nagpapabuti ng pagkuha ng signal sa iba’t ibang posisyon ng pulso.

2. Pagpili ng haba ng alon, dahil ang berde ang pinakaepektibo para sa bilis ng tibok ng puso samantalang ang pula at infrared ay sumusuporta sa karagdagang sukatan.

3. Bilis ng sampling, kung saan ang mas mataas na bilis ay nakakakuha ng mabilis na pagbabago habang nasa interval training.

4. Kalidad ng analog front end, na tumutukoy kung gaano kalinis ang likidong signal bago ito iproseso.

Isang device na may maayos na disenyo ng sensor array at mababang ingay na analog front end ay kaya pang panatilihin ang reading habang nasa sprint interval, samantalang ang mas murang device ay nawawala ang signal nang buo. Ito ay isang aspeto kung saan malinaw na nabibigyang-diin ang pagkakaiba sa pagitan ng isang budget watch at isang mid-range na device—hindi sa spec sheet kundi sa workout summary.

Mga algorithm at signal processing na ginagawa ang data na magagamit

Ang hilaw na PPG na datos ay puno ng ingay at kailangang mabigat na i-proseso bago ito maging isang bilang ng tibok ng puso. Ang algorithm ay kailangang kilalanin ang mga tuktok ng pulso, tanggihan ang mga artifact dulot ng galaw, at harapin ang mga panahon kung saan nawawala ang signal. Ang pagtanggi sa mga artifact dulot ng galaw ang pinakamahirap na bahagi. Ginagamit ng ilang sistema ang datos mula sa accelerometer upang modelong ang galaw at ibawas ito sa optical na signal. Ang iba naman ay gumagamit ng mga adaptive filter na natututo ng pattern ng ingay sa real time. Madalas, ang kalidad ng mga algorithm na ito ay mas mahalaga kaysa sa hardware ng sensor mismo. Maaaring magkaiba ng husto ang resulta ng dalawang relo kahit pareho ang kanilang sensor dahil sa mas mahusay na signal processing ng isa. Ang sumusunod na talahanayan ay nagkukumpara ng karaniwang katiyakan batay sa uri ng gawain.

Ang mga saklaw na ito ay kumakatawan at lubos na nag-iiba depende sa device at sa pagkakaupo nito. Ang pattern ay pare-pareho. Kumabababa ang katumpakan habang tumataas ang intensity ng galaw, at walang optical watch na ganap na nakaliligtas dito.

Ang Pagkakaupo at Posisyon ay Nagtatakda ng Tunay na Pagganap

Kahit ang pinakamahusay na sensor ay mabababa ang pagganap kung hindi tama ang pag-suot ng relo. Ang ilang praktikal na patakaran ay mas mahalaga kaysa sa iniisip ng karamihan ng mga gumagamit.

Dapat umupo nang maayos ang relo laban sa balat, humigit-kumulang isang lapad ng daliri sa itaas ng buto ng pulso. Ang maluwag na relo ay nagpapahintulot sa liwanag na pumasok at gumagalaw habang gumagalaw ang katawan. Ang sobrang mataas o masyadong mababang pag-suot ng relo ay inaalis ang sensor mula sa pinakamainam na vascular na lugar. Sa mga pulso na may maraming buhok, maaaring mahirapan ang sensor dahil hinaharang ng buhok ang paglipat ng liwanag. Sa panahon ng lamig, ang nababawasan na daloy ng dugo patungo sa mga extremities ay maaaring pahirapan ang signal. Ang pagpapahigpit ng strap bago ang ehersisyo at pagpapaluwag nito pagkatapos ay isang maliit na gawi na nagpapabuti nang malinaw ng katumpakan.

Isang Kaso Kung Saan Sinubukan sa Praktika ang Katumpakan ng Paggawa

Sa loob ng isang siklo ng pag-unlad ng produkto para sa isang relo na nakatuon sa pisikal na gawain, isinagawa ng isang grupo ng pagsusuri ang isang paghahambing laban sa isang monitor na nakakabit sa dibdib, na karaniwang itinuturing na pamantayan para sa bilis ng tibok ng puso habang nag-e-exercise. Ang pagsusuri ay kumatawan sa isang 30-minutong sesyon na may kahaliling mga panahon ng mabilis na takbo at pagpapahinga. Ang relo ay naka-achieve ng parehong bilang ng tibok ng puso kasama ang monitor sa dibdib sa panahon ng tuloy-tuloy na takbo, ngunit may pagkakaiba hanggang sa 15 tibok sa panahon ng mga mabilis na takbo. Ang pagsusuri sa likidong datos ay nagpakita na ang pagkakaiba ay naganap sa eksaktong sandali ng pinakamataas na akselerasyon ng braso. Ang solusyon ay kinabibilangan ng pag-aadjust sa algorithm na tumatanggi sa galaw upang bigyan ng mas mataas na timbang ang datos mula sa accelerometer kapag nasa mataas na antas ng galaw. Pagkatapos ng pagbabago, ang pagkakaiba sa panahon ng mabilis na takbo ay napababa nang malaki. Ang ganitong uri ng paulit-ulit na pagpapabuti ang siyang naghihiwalay sa isang relo na mabuti ang pagsubaybay sa laboratorio mula sa isang relo na mabuti ang pagsubaybay sa gym.

Kung Saan May Tunay na Hangganan ang Optical Tracking

Kailangang maging tuwiran tungkol sa mga limitasyon. Ang optical heart rate tracking ay hindi pagsukat na may kalidad na pang-medisina. Ito ay isang kagamitang pang-fitnes, at pinakaepektibo ito sa pagsubaybay ng mga trend sa loob ng panahon kaysa sa mga tiyak na agarang pagbabasa. Ang mga gumagamit na nangangailangan ng klinikal na katiyakan ay dapat gumamit ng chest strap o medikal na kagamitan. Ang ilang kondisyon—tulad ng napakababang resting heart rate o di-regular na ritmo—ay maaaring magdulot ng kalituhan sa algorithm. Ang mas madilim na kulay ng balat at ang mga tattoo ay maaaring makaapekto sa pag-absorb ng liwanag, bagaman ang mga bagong sensor ay mas epektibo sa pagharap dito kaysa sa mga lumang sensor. Ang malamig na kapaligiran, hindi maayos na pagkaka-fit, at mataas na galaw ay lahat nagpapababa ng katiyakan. Ang pag-unawa sa mga limitasyong ito ay tumutulong sa mga gumagamit na mabisado na i-interpret ang kanilang datos, imbes na tingnan ang bawat pagbabasa bilang eksaktong resulta.

Paano Sinusuportahan ng Pagkakapare-pareho sa Produksyon ang Maaasahang Pagsubaybay

Ang pagganap ng pagsubaybay sa tibok ng puso ay nakasalalay sa kalibrasyon ng sensor, firmware, at pagkakapareho ng paggawa sa buong produksyon. Ang isang batch ng mga relo na may magkakaibang pag-align ng sensor o hindi pare-parehong firmware ay magreresulta sa di inaasahang resulta sa field. Ang Shenzhen Karen M Electronics ay nagsisimulang mag-develop at gumagawa ng mga smart wearable device mula noong 2014, na naka-base sa Shenzhen, na may pokus sa cost-effective na mga produkto at personalized na serbisyo. Para sa mga brand na nangangailangan ng pare-parehong pagganap sa pagsubaybay sa bawat order, ang nasabing karanasan sa wearable sector ang nagpapanatili ng katiyakan ng data.