Как смарт часы измеряют давление
Наручные гаджеты с функцией измерения давления становятся все более востребованными на рынке носимой техники. В связи с этим фактом возрастает интерес и желание понять, как работают эти девайсы и на каких принципах основано их действие. Как фитнес-браслет измеряет артериальное давление и можно ли доверять результату? Постараемся ниже ответить на эти вопросы.
Принцип действия
В фитнес браслете установлен сенсор давления, который состоит из нескольких датчиков. Датчики состоят из пьезоэлементов. Это означает, что под действием давления, оказываемого на них, они вырабатывают электричество. А вот величина сигнала регулируется сопротивлением пьезоволокон, из которых изготовлены датчики.Датчики фиксируют пульсовую волну на запястье. В ответ на давление этой волны они вырабатывают электронные сигналы соответствующей величины. Чувствительность датчиков во многом зависит от материала, из которого они изготовлены.В прошивку фитнес-браслета встроено специальное программное обеспечение, которое принимает сигналы от пьезоэлементов, обрабатывает их и представляет в привычной нам форме – числовых значениях. Большинство браслетов показывает результат измерения прямо на экране гаджета. Лишь за редким исключением измеренные показатели можно посмотреть только на экране смартфона в соответствующем приложении.
Как произвести замер
Производители наручных гаджетов позаботились о том, чтобы процесс замера давления был максимально простым и удобным. Ведь среди потенциальных пользователей есть довольно большой сегмент пожилых людей, для которых это особенно важно.Чаще всего запустить процесс замера можно двумя способами:
- Из приложения. Для этого нужно зайти в приложение для данного гаджета. Далее необходимо выбрать раздел «Артериальное давление» и нажать на кнопку «Замерить». Так как каждый производитель разрабатывает для своего браслета уникальное, подходящее только этому девайсу приложение, то названия могут отличаться. Но общий принцип везде одинаков.
- Непосредственно на браслете. Сначала на экране браслета путем перелистывания нужно выбрать функцию замера давления. Это можно сделать с помощью касаний экрана или кнопками управления. Выбрав соответствующую функцию, необходимо активировать процесс нажатием на экран или кнопку.
Снятие показаний происходит в течение 20-60 секунд. Результат можно посмотреть на экране гаджета или в приложении.
Общие правила при замере давления
Всяким прибором важно пользоваться правильно. Вот несколько правил, которые желательно соблюдать:
- Не совершать активные физические действия в течение 30 минут перед замером.
- Проследить за положением браслета – он должен быть плотно прижат к запястью.
- Находиться в состоянии покоя во время снятия показаний и сохранять молчание.
- Руку, на которой идет замер, не нужно напрягать, она должна быть расслаблена.
«А зачем, - кто-то может спросить, - соблюдать эти правила? Может мне интересно знать, какое давление у меня сразу после пробежки.» Можно и так, но об этих моментах нужно помнить или делать пометки. Ведь результаты сохраняются и выводятся потом в виде графиков изменения давления в течение суток, недели, месяца. Подобные «скачки» могут существенно исказить общую картину.
Точность приборов
Модели разных производителей обладают разной точностью измерения артериального давления. К слову сказать, фитнес-браслеты по закону вовсе не обязаны точно снимать показания, или хотя бы иметь погрешность в строго заданных пределах. Дело в том, что гаджеты не относятся к классу медицинских приборов, потому и соответствующих требований к ним нет.Тем не менее некоторые модели способны предоставлять довольно точные показания, например фитнес-браслеты GSMIN. И это инициатива исключительно производителя, который заботится об уровне продаж своей продукции.
Правила сравнения
Проверить погрешность фитнес браслета при измерении давления можно самостоятельно, проведя сравнительный замер. Сравнивать нужно с показаниями медицинского прибора. При этом многие неправильно проводят сравнение гаджета и тонометра. Вот основные правила, которые дадут максимально правдивую картину:
- Замер тонометром и гаджетом должен проводиться на одной руке. Давление на разных руках бывает немного отличается.
- Между замерами испытуемый не должен ходить, интенсивно говорить, смеяться. Это приведет к изменению состояния его кровеносной системы и, как следствие, давление может повыситься.
- Измерение, в идеале, должно проводиться в одном и том же месте на руке. Это сложнее реализовать. Обычный тонометр проводит измерение выше локтя, а там давление немного ниже, чем на запястье. Это тоже надо учитывать.
Кроме того, нужно понимать, что медицинский прибор, который берется в качестве эталона, также имеет погрешность измерений. Эта величина должна быть указана в паспорте изделия.Самым точным прибором считается механический тонометр с фонендоскопом. Но его сейчас все реже можно встретить, так как нужны специальные навыки, чтобы правильно им пользоваться.
Факторы, влияющие на точность
Почему же одни фитнес-браслеты измеряют артериальное давление правильно, а точность других оставляет желать лучшего? Есть ряд факторов, влияющих на результат:
- Чувствительность пьезоволокон к оказываемому на них давлению.
- Способность программного обеспечения правильно интерпретировать полученные от датчиков сигналы.
- «Именитость» браслета. Это тот случай, когда бренд имеет значение. Компания, которая беспокоится о своей репутации, непременно будет заботиться о точности показаний. Часто даже в ущерб выгодной стоимости.
- Соблюдение правил измерения артериального давления.
- Цена гаджета.
И хотя последний фактор не вполне однозначен, но ориентироваться на него все же можно. Это не значит, что самый дорогой браслет будет давать самые точные результаты. Но если нужна высокая точность показаний, то покупка гаджета за 2000 рублей будет довольно рискованной. И в то же время гаджет за 10000 рулей не обязательно будет сильно лучше измерять давление, чем браслет за 5000 рублей. Ведь на цену девайса влияет большое количество факторов.
На сегодняшний день предложение наручных гаджетов столь велико, что выбрать фитнес-браслет, который точно измеряет артериальное давление не составляет большого труда, например один из самых популярных фитнес-браслетов GSMIN WR11. Есть и другие хорошие предложения в разных ценовых категориях. Остается только не пожалеть времени и выбрать самый подходящий гаджет.
Электронный тонометр в умных часах поможет быстро измерить давление и определить причину ухудшения самочувствия – гипертония, гипотония или ещё какой-нибудь внешний фактор. Поэтому такие устройства способны не только улучшить качество жизни, но и, в некоторых случаях, буквально спасти эту самую жизнь. И в этом обзоре вы поймете, какие выбрать умные часы (smart watch) с тонометром и какие подойдут именно вам.
Принцип работы умных часов с измерением давления
Важно отметить, что умные часы с тонометром не измеряют, а рассчитывают кровяное давление. Они не оснащаются манжетой, которая способна фиксировать толчки подобно медицинским устройствам. Вместо этого часы собирают косвенную информацию, такую как:
► Скорость и интенсивность пульсовой волны;
► Ритмика пульса, и многое другое.
Как следствие, измерение давления в умных часах основано на математических методах и сборе косвенной информации. Впрочем, это не означает сниженной точности. Многие модели умных часов с тонометром получили даже одобрение FDA – американской службы, ответственной за лекарства и медтехнику.
Точность результатов измерений давления и пульса умными часами
Чем больше у умных часов биометрических сенсоров – тем точнее они измеряют давление. Например, кардио часы с пульсометром и датчиком ЭКГ по качеству работы сравнимы с классическими тонометрами. А вот варианты только с пульсометром могут разве что подсказать, повышенное давление или пониженное.
Как следствие, если хочется максимальной точности измерений – не стоит экономить. Лучше выбрать дорогие, но действительно умные часы, способные рассчитывать давление не хуже полноценных манжетных тонометров.
Плюсы и минусы умных часов с тонометром и пульсометром
Понятно, что ни одни, даже самые умные часы с тонометром, не способны обеспечить лабораторной точности измерений. Но они могут подсказать, что именно «не так» с давлением (повышенное оно или пониженное), а также посоветовать действия для его нормализации – принять таблетки, сделать инъекцию более высокоэффективного препарата или, например, просто выпить чашечку эспрессо либо отказаться от кофе на ближайшие пару дней.
- Они помогают определить повышение или понижение давления, а также пульса;
- Они часто выступают как девайс-компаньон для смартфона и могут отображать уведомления;
- Многие из них оснащаются фитнес-функциями.
- Часто непроработанное, неудобное управление;
- Для определения давления потребуются обе руки (в моделях с сенсором ЭКГ);
- Даже в лучших моделях расхождения с тонометром составляет 5-10%.
В целом умные часы с тонометром – скорее рекомендательное, чем медицинское устройство. Они могут помочь гипертоникам и гипотоникам, но людям, желающим знать своё давление с лабораторной точностью, лучше выбрать классические манжетные устройства.
Рейтинг лучших смарт-часов с тонометром и пульсометром
Самые функциональные умные часы с тонометром
Samsung Galaxy Watch Active 2 достойны звания «умных часов». Они могут запускать сторонние приложения, принимать звонки, оплачивать по NFC… Разумеется, с их помощью можно замерять пульс и давление, а также другие биометрические показатели.
Дизайн. Часы отличаются простым, лаконичным внешним видом. Практически всю переднюю панель занимает большой круглый экран. В комплект поставки входит силиконовый ремешок. Металлический корпус имеет защиту от воды по стандарту WR50, то есть с устройством можно даже плавать (без ныряния).
- Измерение пульса (постоянное или по запросу);
- Определение давления;
- Определение насыщения крови кислородом;
- Измерение уровня стресса, режим медитации и дыхательной гимнастики;
- Подсчёт количества шагов, сожжённых калорий, запись треков пробежек и так далее.
Видеообзор умных часов Samsung Galaxy Watch Active 2 от Wylsacom
Расширенная функциональность, поддержка сторонних приложений; Аппаратная совместимость с последними моделями смартфонов Samsung. Пульсометр быстро загрязняется, даже во время тренировок;Где купить?
Самые элегантные умные часы с измерением давления
Фирменные технологии умных часов HerzBand Elegance S5 позволяют определять давление и пульс достаточно точно (в рамках занятий спортом). Как показывает практика, расхождения в показателях между этим устройством и традиционными тонометрами составляют не более 5-10 единиц.
Дизайн. Умные часы отличаются лаконичным внешним видом, который ни на секунду не намекает, что это – биометрическое устройство, а не просто девайс-компаньон. При этом корпус HerzBand Elegance S5 выполняется из легкого стального сплава, в комплект входит силиконовый ремешок, который можно легко заменить на любой другой.
Год назад Samsung первой из массового сегмента представила умные часы с функцией измерения давления. Несмотря на то что они требовали регулярной калибровки с помощью медицинского тонометра, это был настоящий прорыв. Ведь при всех допущениях гаджет проводил довольно точные измерения, позволяя пользователям контролировать своё давление в течение всего дня. Единственный недостаток часов заключался в применяемой методике измерения. В отсутствие манжеты им приходилось ориентироваться на силу кровотока, используя обычный пульсометр и специальное ПО. Но теперь на рынке появились смарт-часы с полноценным медицинским тонометром.
Это единственные смарт-часы с полноценным тонометром, пусть и запястным
Это часы от китайского стартапа YHE под названием BP Doctor MED. Их исключительная особенность заключается не том, что они умеют измерять давление, а в том, как они это делают. Для этой цели часы оснастили встроенной манжетой, которая накачивает и стравливает воздух совсем как настоящие тонометры. Таким образом удаётся добиться максимально высокой точности измерений без необходимости переводить один тип данных в другой.
Часы с измерением давления
Манжета располагается с внутренней части часов, примыкающей к руке. В момент измерения она накачивает воздух, прижимая устройство к запястью, и постепенно стравливает его, улавливая пульсацию артерии. Такой способ измерения считается более точным, чем методика, применяемая в умных часах Samsung, которые по большей части не считывают давление, а всего-навсего интерпретируют входные данные для определения приблизительных показателей.
У этих часов есть встроенная манжета, которая обеспечивает более точное измерение АД
В классической медицине измерение давления на запястье почти не используется из-за того, что артерии в области лучезапястного сустава ощутимо тоньше, чем на предплечье. Из-за этого амплитуда пульсовой волны на запястье неизменно будет ниже. Таким образом, запястные тонометры не подходят пожилым людям, у которых сосуды затвердевают, становясь не такими эластичными, как у молодых, а потому плохо поддаются воздействию пульсовой волны. Однако для молодых людей ограничений на использование запястных тонометров нет.
Как бы там ни было, BP Doctor MED уже прошли сертификацию в качестве медицинского прибора, а значит, их измерения могут использоваться наравне с бытовыми запястными тонометрами. При этом, в отличие от последних, часы YHE игнорируют внешние вибрации, поэтому для них некритичны небольшие движения пользователя во время измерения. Это очень удобно, потому что замерять давление можно будет прямо на ходу и в неспокойной обстановке.
Могут ли часы измерять давление
По сути, часы BP Doctor MED хоть и не могут использоваться для полноценной терапии, вполне годятся в качестве альтернативы СМАД. Это специальные устройства для измерения артериального давления пациента в течение суток. Они позволяют составить полную картину того, как меняется его давление в разных состояниях: в состоянии покоя, движения, стресса и т.д. Ведь и BP Doctor MED могут мерить давление круглосуточно.
Плечевой тонометр будет точнее запястного, но даже запястный будет лучше, чем программный перевод силы кровотока в АД
Непростой 2020 год показал, что за здоровьем надо тщательно следить даже при самой невероятной занятости. Тем более, что развитие технологий позволяет делать это при помощи смартфона, умных часов или фитнес-браслета. Комбинация различных датчиков и софта может контролировать ряд важных параметров и делать выводы: все ли в порядке или стоит запланировать визит к врачу.
Всплеск интереса к повседневному контролю здоровья случился после появления на рынке «умных» часов и браслетов. Разработчики с самого начала встраивали в них не только акселерометр и/или гироскоп с навигационным приемником, но и датчики контроля сердечных ритмов. Сейчас в такие устройства ставят несколько дополнительных чипов, позволяющих узнать о своем организме много полезного.
Давайте разберемся, какие датчики применяются в «умных» гаджетах, что они умеют и насколько точным получается результат измерений.
Акселерометр и гироскоп
Изначально эти датчики устанавливали в смартфоны. Когда появились «умные» часы и браслеты, их также оснастили такими чипами: на работе акселерометра, например, построена одна из основных задач всех «умных» гаджетов — подсчет количества шагов.
Сейчас все настолько привыкли к тому, что акселерометр и гироскоп есть в мобильных устройствах, что не видят между ними разницы. Тем более, что функции этих датчиков реализуются одной микросхемой. На самом деле разница есть. Если коротко, то акселерометр реагирует на ускорение предмета, а гироскоп — на изменение его положения в пространстве. Поэтому с помощью акселерометра можно, например, понять, нужно ли сменить ориентацию экрана смартфона или посчитать шаги. А с помощью гироскопа — точно определить положение тела.
Зачем это нужно в мобильной диагностике? С подсчетом шагов все ясно — это контроль здорового образа жизни. Но это больше относится к фитнесу. А как это помогает в плане наблюдений за своим самочувствием?
Дело в том, что связка акселерометра и гироскопа обеспечивает работу функции, способной определить, что владелец устройства упал. «Умный» гаджет на основании резкого изменения показаний датчиков делает вывод, что пользователю необходима помощь, и автоматически вызовет экстренные службы, например, скорую или полицию. Зачем это нужно? Например, гаджет оперативно вызовет врачей, если с вами случится какая-то неприятность на улице. А при инсульте и инфаркте очень важно, чтобы квалифицированная медицинская помощь была оказана как можно быстрее.
К примеру, такая функция реализована в Apple Watch. По умолчанию она активируется у пожилых пользователей, также можно ее включить вручную.
Кстати, обратите внимание, что наличие акселерометра вместе с гироскопом позволяет получать более точные результаты тренировок: гироскоп точно распознает такие вещи, как бег на месте или прыжки, и понимает, когда вы идете пешком, а когда бежите.
Датчик пульса
Датчик пульса — первое устройство для мобильной диагностики, появившееся в носимых гаджетах. Он предназначен для контроля сердечных ритмов в состоянии покоя и при физической нагрузке. На основании собранной статистики можно оценить состояние здоровья и понять, оптимальны ли нагрузки на тренировках или, если имеются какие-либо заболевания, сориентироваться, не пора ли обратиться к специалисту.
Измерения пульса
Датчики пульса, используемые в мобильных гаджетах, работают на основе оптической технологии — фотоплетизмографии (PPG). Смысл ее заключается в следующем. При сокращении сердечной мышцы в кровеносных сосудах изменяется кровяное давление и происходит изменение интенсивности капиллярного кровотока. Увеличившееся количество крови в сосуде поглощает больше поступающего света. Если подать поток света определенной интенсивности, то на основании прошедшего через ткань или отраженного сигнала можно сделать вывод об изменениях анализируемой среды: например, подсчитать количество «всплесков» кровотока в минуту и сделать вывод о частоте пульса.
В мобильных гаджетах подсчет пульса реализуется на основе как прошедшего через ткань света (в компактных пульсоксиметрах), так и отраженного — в «умных» часах и фитнес-браслетах. В них светодиод, размещенный на внутренней стороне устройства, испускает свет,который отражается от тканей запястья и поступает на фотодатчик, регистрирующий уровень отраженного сигнала.
Для подсветки используется светодиод зеленого цвета (525 нм). Зеленый цвет излучения выбран потому, что является наиболее контрастным к красному цвету крови, согласно цветовому кругу Иттена, а следовательно, лучше всего поглощается.
«Умные» гаджеты регистрируют пульс автоматически (по расписанию) или по желанию пользователя. На основании измеренных значений они построят красивые графики в мобильных или десктопных приложениях, которые помогут следить за уровнем пульса: контролировать выход за установленные пределы, наблюдать процесс в динамике за определенные интервалы времени. В целом с этой задачей мобильные устройства справляются хорошо.
Измерения артериального давления
Раз датчик пульса анализирует сердечные ритмы на основе изменений кровотока и давления, то логично предположить, что с его помощью можно не только посчитать пульс, но и измерить давление. Это на самом деле так. На основании данных, полученных от датчика пульса, программа может рассчитать величину артериального давления.
Но проблема заключается в том, что для того, чтобы получить близкий к реальному результат, необходимо выполнить калибровку устройства под конкретного пользователя. В противном случае измерение давления будет корректным только для тех, у кого оно находится на нормальном уровне, и еще не проявились возрастные изменения или проблемы, связанные с различными заболеваниями. Поэтому, если вы хотите с помощью «умных» гаджетов контролировать еще и давление, ищите модель с настройкой измерений под владельца.
Датчик ЭКГ
Еще более интересная вещь в плане контроля здоровья — датчик электрокардиографии (ЭКГ). Дело в том, что о работе сердца можно судить не только по изменениям кровотока в сосудах, но и по электрическим сигналам, которые возникают в процессе работы этого органа. И эта информация точнее и информативнее. Электрокардиограмма, полученная специалистом медицинского центра, позволяет сделать выводы о работе сердца и его здоровье. Для этого на руки, ноги и грудную клетку устанавливают электроды, а результат интерпретирует компьютер.
Точно такой же датчик ЭКГ, только миниатюрных размеров, сейчас устанавливают в ряд мобильных устройств. Например, начиная с 4-го поколения, датчик ЭКГ имеется в Apple Watch. Но с мобильными датчиками существует ряд проблем.
Дело в том, что в профессиональном медицинском оборудовании обычно используют 10-12 датчиков, минимум шесть из них размещают в области сердца. А носимое мобильное устройство крепится на запястье. То есть, оно удалено от сердца на большое расстояние. И датчиков в таких устройствах значительно меньше.
Например, в Apple Watch их всего два: один размещен в Digital Crown, второй вместе с датчиком пульса установлен на внутренней стороне.
Поэтому точность ЭКГ, снятого с помощью мобильного устройства, не настолько высока, чтобы делать серьезные клинические выводы. Тем не менее, даже такой точности достаточно, чтобы определить мерцательную аритмию, показывающую, что визит к врачу откладывать не стоит.
Еще один важный момент — работа функции ЭКГ должна пройти проверку надзорных органов в разных странах. На момент написания статьи у Apple, например, получено разрешение для использования функции ЭКГ на территории США. В России Росздравнадзор сертифицировал ее буквально несколько дней назад. В остальном мире она официально отключена, хотя датчики в устройствах имеются. Остается только надеяться, что вопрос рано или поздно решится и полезная функция будет разблокирована.
Датчик уровня шума
Еще одна занятная функция, которая имеется, например, в Apple Watch — измерение уровня шума. Датчик регистрирует уровень фонового шума и, если он в течение некоторого времени превышает пороговое значение, гаджет выдает уведомление и предлагает покинуть место с высоким уровнем шума.
Полезна ли такая функция? Да, поскольку ВОЗ обращает внимание на то, что значительное количество людей подвергается риску потерять слух из-за сильного шумового воздействия в местах развлечений. Вы, наверное, замечали, что после того, как выходишь с рок-концерта или из клуба, некоторое время все слышно словно сквозь вату. Вот от таких «сюрпризов» датчик шума вас и защитит. Если, конечно, вы сами захотите защищаться.
Датчик уровня кислорода в крови
Теперь поговорим о новомодном датчике, которым мобильные устройства начали оснащать недавно. Это датчик определения уровня кислорода в крови. В свете коронавирусной инфекции, ставшей главной темой 2020 года, эта функция оказалась чуть ли не самой рекламируемой.
Нужно отметить, что, помимо наблюдений за своим состоянием в свете последних событий, контроль за уровнем кислорода в крови интересен и в других случаях: недостаток кислорода приводит к таким нехорошим вещам, как дыхательная недостаточность, одышка, головные боли и так далее.
Медики измеряют уровень кислорода в крови с помощью небольших приборов — пульсоксиметров. Внешне они напоминают прищепку с экраном, которая крепится на палец и выдает информацию о пульсе и степени насыщения кислородом артериальной крови. По этой причине датчики уровня кислорода в крови также называют датчиками SpO2.
Расшифровывается эта аббревиатура так:
- S - степень сатурации (насыщения) кислородом.
- P — пульс.
- O2- кислород.
Нормальной считается величина сатурации от 95 до 100%, показания ниже 90% говорят о наличии проблем.
В пульсооксиметре датчик измерения уровня кислорода работает следующим образом. В приборе установлен светодиод, излучающий сигналы инфракрасного диапазона и красного цвета, а также фотодетектор, фиксирующий, какая часть светового потока прошла через ткани пальца с капиллярными сосудами. Аналогичный способ используется и в умных гаджетах.
Только фотодетектор принимает не прошедший через ткани, а отраженный от них сигнал, так как браслет или часы крепятся на запястье. На основании уровня отраженного сигнала приложение, встроенное в гаджет, делает оценку сатурации и выводит на дисплей измеренное значение.
Такие датчики есть в новой серии Apple Watch, а также в ряде фитнес-браслетов, например, Honor Band 5 и Huawei Band 4 PRO.
Точность измерений и их использование для диагностики
Все перечисленные измерения — сердечных ритмов, ЭКГ и уровня кислорода — работают в мобильных гаджетах в упрощенном режиме. Они имеют уровень погрешности, не позволяющий использовать их как медицинские диагностические приборы. Это написано в документации ко всем «умным» часам и фитнес-трекерам, но, тем не менее, на этом стоит дополнительно заострить внимание.
К примеру, датчик уровня кислорода может ошибаться на несколько процентов, причем значение может колебаться, как в большую, так и в меньшую сторону. Также результаты измерений изменятся в том случае, если браслет или часы неплотно прилегали к вашему запястью, либо потому что резко похолодало.
Поэтому производители и специалисты обращают внимание, что все данные, полученные с мобильных датчиков, могут использоваться для общего контроля здоровья и оценки динамики состояния организма. Они не предназначены для постановки диагнозов и не являются медицинскими приборами. Для профессионального осмотра необходимо использовать специализированную технику.
Вместе с тем, нельзя не отметить и то, что имеется очевидная польза от использования датчиков в мобильной технике. Спортсмены и просто любители активного образа жизни успешно контролируют процесс тренировоки объемы нагрузок. А те, кому пришло время внимательнее относиться к своему здоровью, собирают статистику, показывающую общую картину изменений, и могут ее соотнести со своим самочувствием.
Анализ собранной статистики позволит вовремя заметить, если что-то пошло не так, и своевременно обратиться к врачу, например, при наличии сердечно-сосудистых заболеваний. Поэтому во многих случаях использование мобильной диагностики интересно, полезно и даже необходимо.
Читайте также: