Пульс человека - дело тонкое, и это точно знают бегуны, велосипедисты и все, кто занимается циклическими видами спорта. И если раньше всё было просто: выбрал модель, обвязал вокруг груди ремень с датчиком - и бегом на трек, то сегодня перед покупателем пульсометра стоит ещё один выбор. На рынке появились оптические модели мониторов сердечных ритмов, которые не требуют нагрудного ношения: всё что нужно - это надеть устройство на запястье подобно обыкновенным часам.

Казалось бы - теперь ещё проще! Однако, пользователи задаются вопросом: а не уступает ли технологическая новинка классике в точности измерений? Что ж, зададимся этим вопросом и мы - и попробуем разобраться в истине.

Электрокардиография

Для начала рассмотрим, как работает нагрудный пульсометр. Фактически это устройство представляет собой упрощённую версию всем знакомого электрокардиографа: 2 датчика-электрода (вместо 12) встроены в ремешок, который плотно прилегает к груди спортсмена. Датчики считывают информацию об электрических полях, образующихся при сокращениях сердца, и через трансмиттер отправляют данные на приёмник - спортивные часы или смартфон. Раньше для передачи данных использовались провода, современные же модели научились прекрасно работать с Bluetooth.

Кстати, место, с которого электрод считывает данные о пульсе, называется в медицине отведением. А теперь вспомните: когда в поликлинике кардиолог крепит к вам электроды электрокардиографа, он использует не только участок на груди. В ход идут отведения с щиколоток и запястий. Регистрировать работу пульса с запястья куда удобней и практичней, нежели с грудной клетки. Эта максима взята за основу в конструкции оптического пульсометра.

Оптическая плетизмография

Если для нагрудного пульсометра данные представляют собой отображение частоты электрических колебаний, для оптического монитора - это амплитуда волны света, отражённого от капилляров.

Работает это так: при мышечных сокращениях сердца капилляры, несущие кровь, сужаются и расширяются. Когда капилляр сужен, кровь внутри него находится в более плотном состоянии. Оптический пульсометр через светодиоды отправляет к капиллярам пучок фотонов, которые, отражаясь от массы кровотока, возвращаются к устройству. Приёмник считает количество вернувшихся фотонов, и, если их стало меньше, чем в прошлый раз, - значит капилляр расширился, кровь стала менее густой, и часть фотонов рассеилась в ней. Пульсометр регистрирует сокращение пульса. Вот так всё просто.

Принцип работы фотоплетизмографа

Для нас эта научно-популярная выкладка означает следующее: мы надеваем пульсометр на запястье и - готово: не нужны никакие нагрудные ремни! Однако, самое время поговорить о точности измерений пульсометров.

Точность данных

Сама по себе технология оптической плетизмографии довольно точно определяет пульс при условии качественной конструкции устройства и отсутствии агрессивного влияния окружающей среды: ярких солнечных лучей, обильного дождя и т.д. Технически фотоплетизмография может не уступать электрокардиографии в точности измерений. Если в последней электроды получают данные об электромагнитных полях регулярно, оптический датчик может дать сбой при недостаточной интенсивности излучения во время максимальной целевой зоны бега или нециклической физической активности.

Фотодиодные сенсоры принимают вернувшийся сигнал

Для того, чтобы снизить вероятность ошибки, оптические датчики оборудуются светодиодами, излучающими зелёный свет: он имеет длину волны с максимальным световым поглощением (500 - 600 нанометров). Однако неплохо себя показывают также жёлтые или красные светодиоды.

Оптический датчик зелёного цвета на умных часах Garmin Fenix 3

Наручные мониторы сердечного ритма не являются медицинским оборудованием, и производители пульсометров не дают точные характеристики каждого аспекта конструкции датчика. По этой причине полагаться приходится на опыт. А значит - обратимся к исследованиям.

Результаты наиболее авторитетного исследования точности оптических пульсометров опубликованы в еженедельном журнале Американской медицинской ассоциации Jama Cardiology от января 2017 года. Сотрудники кардиологического института Кливлендской клиники изучили работу пяти устройств: оптических Mio Alpha, Basic Peak, Apple Watch, Fitbit Charge HR и нагрудного пульсометра Polar H7. Полученные данные сравнили с показаниями профессионального медоборудования. 50 добровольцев (28 женщин и 22 мужчины) со средним возрастом 37 лет подвергли устройства испытаниям в условиях покоя, ходьбы и бега различной интенсивности. Polar H7 показал лучший результат в 99% точности измерений. Оптические модели немного отстали: 91% точности у Mio Alpha и Apple Watch, 84% у Fitbit и 83% у Basic Peak.

В заключении учёные отметили, что оптические пульсометры непригодны для лечения и диагностики сердечных заболеваний, однако предоставляют неплохую картину сердечных сокращений людям, увлекающимся спортом.

Материалы другого крупного исследования были опубликованы в Journal of Personalized Medicine. Работу провели сотрудники Стэндфордского университета. 60 людей (31 женщина и 29 мужчин) со средним возрастом 38 лет в различных условиях протестировали 7 устройств, включая уже упомянутые модели (Mio Alpha второй версии), а также Samsung Gear S2, Microsoft Band и PulseOn. Устройства показали наиболее точные результаты во время велосипедных занятий и менее точные - во время беговых упражнений. Тем не менее, среднее количество ошибок для всех пульсометров не превысило допустимое значение в 5%. Для беговых упражнений средний процент ошибки составил 2,5% у Apple Watch, 4,9% у PulseOn, 5,6% у Microsoft Band; и 6,5-8,8% у остальных 3 устройств с худшим результатом у Samsung Gear.

Что касается других востребованных брендов, нам удалось найти публикацию данных исследования Техасского университета, в котором фигурировала модель Garmin Forerunner 225. Ошибка измерений для этой модели была в пределах 7,87% и 24,38% в зависимости от условий и интенсивности бега.

Портал Wareable также привёл мнения нескольких экспертов. Создатель системы измерения сердечного ритма MyZone Дейв Райт считает, что оптические пульсометры отлично справляются со своей задачей, если использовать их во время бега или ходьбы. Такого же мнения придерживается директор клинических испытаний компании Valencell Крис Эскобах: «оптические датчики показали сравнимый с нагрудными моделями процент ошибки. Их точность в наших тестах составила 91%. Разумеется, если вы будете использовать наручный пульсометр во время занятий кроссфитом (комплексные физические тренировки) или тяжёлой атлетикой, датчик может давать серьёзные сбои. При подтягиваниях на перекладине или занятиях на тренажёрах он и вовсе может выключиться. Над этим нам ещё предстоит работать».

Крис Эскобах - физиолог из компании Valencell

Напоследок упомянем о небольшом личном опыте из нашей редакции. Наш сотрудник Владимир, готовясь к Московскому марафону 2017, попеременно использовал часы Polar M430 и нагрудный пульсометр Runtastic. Ощутимых расхождений в измерениях обоих устройств замечено не было. Оба пульсометра вполне справились со своей задачей - помочь в подготовке к марафону.

Володя на Московском марафоне (на руке оптический пульсометр)

Умные часы и браслеты

Оптическими датчиками измерения частоты сердечных сокращений сегодня оборудуют не только фитнесс-браслеты, но и модели умных часов, что является ещё одним подспорьем в выборе: устройство, которое всегда под рукой (вернее - на руке) дополнительно предоставляет вам информацию о пульсе.

Наиболее продвинутыми в этом отношении брендами являются Polar, Garmin и Suunto. Эти конкурирующие компании с каждым новым поколением своих устройств улучшают технологии измерения частоты пульса. Вкратце рассмотрим их продукцию.

Garmin ранее использовала датчики измерения пульса от канадской компании Mio Global, однако, начиная с модели Forerunner 235, компания представила миру собственную технологию под названием Elevate. Технология присутствует в линейках смарт-часов Garmin Fenix и Forerunner, а также фитнесc-трекерах Vivosmart. Последние модели умных часов Forerunner 935 и Fenix 5 вы можете приобрести в нашем магазине.

Garmin Forerunner 935

Suunto в пульсометрах и линейке умных спортивных часов Spartan использует оптические датчики американской компании Valencell, уже упоминавшейся в нашей статье. Valencell специализируется на биометрических датчиках, и их измеритель частоты сокращений пульса является эталонным на сегодняшний день. Умные часы и пульсометры Suunto можно приобрести у нас.

Suunto Spartan Ultra

С Valencell конкурирует финская компания Polar Electro, использующая собственные технологии в разработке датчиков измерения пульса. Кстати, именно Polar в 1982 году впервые представила миру беспроводной пульсометр под названием Sport Tester PE 2000. Сегодня оптические датчики Polar присутствуют в линейках умных часов и фитесс-браслетов компании.

Каков итог?

Есть две категории людей, которым оптические пульсометры не подойдут. Это пациенты, нуждающиеся в точной медицинской диагностике работы сердца, и профессиональные спортсмены, также следящие за каждым ударом пульса. И тем и другим точные показания сердечных сокращений необходимы для здоровья, а потому даже небольшое расхождение с реальными показателями имеет значение.

Что же касается людей, увлекающихся спортом непрофессионально или просто делающих пробежки, оптические пульсометры для них - самый удачный выбор. Во всех вышеописанных исследованиях оптические датчики прекрасно справлялись с задачей дать владельцу картину о работе сердца в различных целевых зонах бега.

Оптическим пульсометрам ещё предстоит покорить мир: технологии будут совершенствоваться, показатели - максимально приближаться к абсолютно точным значениям. Но уже сегодня нет никаких причин не воспользоваться этой удобной и замечательной технологией. Мы, например, уже пользуемся!

Дата: 23.08.2017 Время: 22:50 30249

Если вы хотите лучше следить за своей общей физиологической способностью, необходимо внимательно отслеживать частоту сердечных сокращений. Как показала практика, наилучшим образом это можно сделать с помощью нагрудного монитора сердечного ритма. В нашем обзоре мы поможем вам выбрать лучший нагрудный пульсометр.

Трекеры для измерения пульса в нагрудных ремнях обеспечивают наиболее последовательное и точное считывание сердечных ударов, нежели спортивные часы на руке. Это благодаря более высокой частоте считывания и меньшему их колебанию на теле. Тем не менее, не все спортсмены считают ремень удобным, уж тем более, если пользователь не умеет . Больше всего он подойдет бегунам или велосипедистам, но не для фитнес залов. Некоторые пловцы используют нагрудный пульсометр, хотя есть замечания, что он сдавливает грудную клетку и приносит дискомфорт.

В настоящее время многие фитнес-браслеты и умные часы включают оптический датчик сердечного ритма. Вместо измерения электрических импульсов, как в случае с ремнем, он использует свет для чтения пульса кровотока через кожу. В то время как эти гаджеты более удобны, оптические сенсоры не так точны и не всегда являются лучшим выбором. Они не станут хорошим компаньоном для людей, которые участвуют в высокоинтенсивном интервальном тренинге и других тренировках, во время которых случаются резкие изменения в частоте сердечных сокращений.

Есть три группы ремней с пульсометрами: одна по беспроводной сети подключается к смартфону или ПК, а другая использует сочетание двух датчиков, которые общаются друг с другом. В данном случае, используется устройство на запястье — будь то спортивные часы или фитнес-браслет, — которое обеспечивает беспроводное соединение с нагрудным ремнем. Третья группа способна подключаться как к смартфонам и ПК, так и фитнес-браслетам и часам. Связь с периферийными устройствами осуществляется с помощью канала Bluetooth или ANT+.

Используя ремень первой группы, у спортсмена не будет немедленной обратной связи при работе с нагрудным пульсометром, поскольку он не имеет дисплея. Все данные из его памяти будут переданы на смартфон или ПК после тренировки. В противном случае, телефон придется брать с собой на пробежку.

Тренируясь с ремнем второй группы, есть возможность наблюдать сердечный ритм и другие данные прямо на экране часов во время занятий.

В любом случае, решать именно вам, какой вид предпочтительнее.

Топ 5 нагрудных пульсометров

Сегодня на рынке существует множество моделей ремней для точного отслеживания сердечного ритма. Мы предлагаем обзор нагрудных пульсометров, которые предоставляют самые точные данные ЧСС, по сравнению с фитнес-браслетами и спортивными умными часами.

Ремень Tickr X включает в себя датчик, который подсчитывает повторения во время силовой тренировки и записывает расширенные показатели упражнений, такие как вертикальные колебания тела и время контакта с землей во время бега, а также фиксирует скорость и расстояние. Любители велосипедов смогут оценить каденс при использовании приложения Wahoo Fitness.

Этот нагрудный ремень с пульсометром надежно отслеживает сердечный ритм во время тренировок и отправляет данные через ANT + и Bluetooth на любое устройство, которое у вас есть под рукой, будь то телефон на Android/iOS или какой-нибудь фитнес-трекер. Tickr X имеет встроенную память до 16 часов информации, которую вы можете просмотреть в приложении позже.

Устройство предоставляет обратную связь с пользователем с помощью двух небольших мигающих светодиодов, один из которых — красный — указывает на то, что ЧСС обнаружена, а другой — синий — оповещает о том, что Tickr X подключен к другому устройству.

Другим типом обратной связи является вибрация во время определенных действий пользователя. Например, когда трекер запрограммирован на запуск или остановку музыкального трека при касании к нему.

Fitness Tickr X не только позиционирует себя как пульсометр для бега с нагрудным датчиком, но и вполне подходит для любителей фитнеса. Он предлагает больше, чем любой другой нагрудный пульсометр из нашего списка, поэтому мы присвоили ему первое место в этом рейтинге.

• Работа с большим количеством приложений
• Водонепроницаемость
• Обратная связь с пользователем
• Есть Bluetooth и ANT+

• На подключенном устройстве (спортивных часах или фитнес-браслете) можно просмотреть только данные ЧСС — другие показатели просматриваются лишь с помощью приложений
• Непригоден для плавания

Разработанный специально для триатлетов, нагрудный пульсометр Garmin с маленьким и легким трекером регулируется для удобства как в воде, так и на суше. Этот ремень можно использовать не только пловцам, но и спортсменам в тренажерном зале в качестве традиционного монитора сердечного пульса. Трекер отправляет данные сердцебиения в реальном времени на сопряженные часы с помощью технологии беспроводной передачи ANT+ (вместо Bluetooth LE).

Когда вы плаваете, датчик сердечного ритма хранит до 20 ч информации о ЧСС, а затем, когда вы выходите из бассейна, он передает ее на подключенные часы Garmin. Это связано с тем, что сигналы ANT+ не могут проходить сквозь воду.

Нагрудный пульсометр HRM Tri совместим с такими моделями часов Garmin:

Кроме стандартных показателей сердечного ритма при беге, HRM Tri обеспечивает динамику движений, включая частоту шагов, вертикальное колебание тела и время контакта с землей (используя его с Epix, Fenix 3 и Forerunner 920 XT).

В бесплатном онлайн-сообществе Garmin Connect можно хранить данные, планировать свои тренировки и делиться результатами с другими пользователями. Вы можете просматривать подробные показатели плавания, включая графики сердечного ритма, скорость плавания, тип удара, картографирование и многое другое. А также отслеживать статистику активности: ежедневные шаги, расстояние и количество сожженных калорий.

Garmin HRM Tri — отличный нагрудный пульсометр для плавания, фитнеса, бега и езды на велосипеде с прочной конструкцией и точными показателями.

Водостойкость	5 АТМ (50 м)
Батарея	срок жизни 10 месяцев (три тренировки 1 час в день)
Цена	$129,99

• Прочная конструкция
• Подходит для плавания
• Работает с часами Garmin

• Дорогой
• Только ANT + (нет Bluetooth LE)

Красивый и маленький нагрудный пульсометр Suunto Smart Belt прекрасно сочетается со спортивными часами Suunto AMBIT3 с использованием Bluetooth 4 Smart LE.

Главной чертой этого пульсометра для груди является то, что он не показывает информацию в реальном времени из-за отсутствия дисплея, а записывает все данные в память. Включить датчик пульса на ремешке можно с помощью приложения, доступное через смартфон или умные часы Suunto AMBIT3. Затем можно идти тренироваться: бегать, плавать, заниматься фитнесом. Точные данные о частоте сердечных сокращениях и сжигаемых калориях перейдут в программное обеспечение MOVESCOUNT для ведения журнала и последующего анализа. Выключить устройство необходимо также через ПО.

Поскольку пульсометр имеет технологию Bluetooth, он также будет работать с многими другими приложениями для фитнеса на iOS и Android.

Suunto Smart Belt — самый маленький Bluetooth Smart-совместимый датчик сердечного ритма на рынке, который измеряет сердечный ритм с большим комфортом и точностью.

• Компактная удобная посадка
• Предоставляет точные данные
• Водонепроницаемый
• Совместим как с iOS, так и Android
• Работает с приложением-компаньоном на смартфоне

• Со временем теряет эластичность, что приводит к плохому контакту с кожей, а в последствии — неточным данным
• Плохо спроектированное и неудобное приложение MOVESCOUNT

Пульсометр нагрудного ремня Polar H10 имеет встроенную память, имея возможность хранить один тренировочный сеанс до 65 часов перед синхронизацией с телефоном. Включается датчик с помощью приложения в смартфоне, а затем по окончанию тренировки вы сможете просмотреть данные о своем сердечном ритме.

Отсутствие экрана на устройстве ремня не дает возможности обратной связи в реальном времени. Поэтому можно использовать его с совместимым оборудованием для тренажеров этой же компании, а также умными часами и велосипедными компьютерами Polar. H10 с помощью Bluetooth объединяется с большинством современных смартфонов (iOS, iPhone и Android) и работает с приложениями для занятий фитнесом.

Polar H10 не отслеживает сон, ежедневную активность и не считает шаги, однако в паре со спортивными часами Polar он намного улучшит чтение вашей производительности. А вместе с V800 вы можете получать данные о пульсе при плавании.

Компания известна хорошей работой своей продукции, поэтому нагрудный пульсометр Polar имеет отличную репутацию в плане надежности и точности показателей и почетное место в нашем рейтинге.

Водостойкость	3 АТМ (30 м)
Батарея	сменная (CR2025), 400 часов
Цена	$89

• Комфортный при носке
• Точные показания пульсометра
• Хорошее время автономной работы
• Водонепроницаемый
• Работает со сторонними приложениями
• Не требует использования смартфона
• Передает данные о ЧСС в экшн-камеры GoPro Hero 4 и 5

• Платные общие функции в собственном приложении
• Высокая цена

Нагрудный датчик MZ-3 имеет уникальный подход к использованию данных о сердечном ритме. Он использует пульс для вознаграждения пользователя на основе индивидуальных уровней его усилий. По сути, вы получаете баллы, основанные на ударах по различным диапазонам сердечного ритма. Количество баллов увеличивается с ростом вашей интенсивности.

В приложении имеется статистика конкурентов, где можно сравнить свои очки с друзьями и знакомыми. Этот игровой подход может применяться к любому упражнению, будь вы гребцом, бегуном или велосипедистом.

Включается трекер в том случае, когда обнаруживает контакт с кожей. Здесь не будет проблем с разрядкой батареи, если вы забудете отключить пульсометр через приложение в смартфоне, как в других нагрудных ремнях. Но есть риск запустить пульсометр, держа его просто в ладони. В этом случае устройство при включении и выключении подает характерный звуковой сигнал, чтобы оповестить пользователя.

Поскольку MZ-3 отслеживает ваш сердечный ритм, а не движения или шаги, он может быть в значительной степени применен к любому виду спорта — даже плаванию, так как он водонепроницаем до 5 АТМ. Датчик MZ-3 поддерживает ANT+, что позволяет ему работать со сторонними приложениями, такими как Strava или MapMyFitness, давая возможность передавать в них данные пульса и маршруты GPS во время бега или езды на велосипеде. Есть также спортивные часы MyZone MZ-50, которые можно спаривать с ремешком, чтобы обеспечить живую статистику во время тренировок.

Если вам нужна мотивация, а также точный показатель того, как много вы прикладываете усилий, мы рекомендуем MyZone MZ-3. Усилия вознаграждаются. Это делает MyZone MZ-3 надежным выбором для всех, начиная от фитнес-новичков и заканчивая профессионалами.

Водостойкость	5 АТМ (50 м)
Батарея	7 месяцев
Цена	$130

• Конкурентный элемент платформы MyZone мотивирует и стимулирует
• Точные показания ЧСС
• Мультиспортивная универсальность
• Длительное время автономной работы

• Не всегда очевидно, что трекер включен
• Может сползать во время плавания и интенсивных тренировок
• Родное приложение нуждается в дополнительных функциях
• Высокая цена

• Большинство мониторов сердечного ритма используют перезаряжаемые аккумуляторы. Однако некоторые используют батареи размером с батарейку в часах, которые иногда требуют замены.
• Не все мониторы сердечного ритма являются водонепроницаемыми. Если вы хотите поплавать с помощью нагрудного ремня, выберите тот, который рассчитан на занятия в воде.
• Чтобы очистить экран монитора и датчики сердечного ритма, аккуратно протрите их мягкой тканью. Для избавления от сильных пятен сначала слегка смочите ткань.
• Для чистки ремней используйте теплую мыльную воду. Высушите ремни на воздухе под солнцем.

Сравнительная таблица характеристик

Используйте горизонтальную прокрутку внизу таблицы

Батарея	Сменный аккумулятор CR2032	Сменный аккумулятор CR2032	Сменный аккумулятор CR2025	Сменный аккумулятор CR2032	USB, литиевый аккумулятор
Срок службы батареи	До 12 месяцев	10 месяцев (три тренировки 1 час в день)	До 500 часов	До 400 ч	7 месяцев автономной работы от заряда
Водостойкость	IPX7 (водонепроницаемый до 10 АТМ)	5 АТМ (50 м)	3 АТМ (30 м)	3 АТМ (30 м)
Датчик		Датчик сердечного ритма, акселерометр	Датчик сердечного ритма	Датчик сердечного ритма	Датчик сердечного ритма
Связь	Bluetooth 4.0 и ANT + (двухдиапазонная технология)	ANT +	Bluetooth	Bluetooth (поддерживает одновременные подключения)	Bluetooth, ANT +
Внутреннее хранилище		Да	Да. До 3 часов данных тренировки	Да	Да. До 16 часов данных тренировки
Частота сердцебиения	Да	Да	Да	Да	Да
Изменчивость сердечного ритма	Нет	Да	Нет	Нет	Нет
Отслеживание	Калории, вертикальное колебание и время контакта с землей	Каденция, длина шага, время контакта с землей, баланс времени контакта с землей, вертикальное колебание и вертикальное соотношение	Данные о сердечном ритме в реальном времени и сжигаемых калориях	Следит за частотой сердечных сокращений с несколькими целевыми зонами, а также сжигаемыми калориями, сделанными шагами и расстоянием	Контролирует частоту сердечных сокращений, калории и время
Статистика плавания	Сердечный ритм	Сердечный ритм	Частота сердцебиения	Передаёт информацию о частоте сердечных сокращений во время плавания на устройства, поддерживающие передачу 5 кГц	Нет
Особенности	Работает с такими приложениями, как RunFit 7-минутная тренировка и многое другое Отслеживает каденс во время езду на велосипеде в паре с приложением Wahoo Fitness	Специально разработан для триатлетов		Совместимость с крытым тренажерным залом Подключение GoPro Дает возможность выбрать свое любимое занятие из более 100 спортивных профилей и получить голосовое руководство в режиме реального времени во время тренировки	Живое отображение данных через мобильное приложение, часы или тренажеры в спортзале Интернет-журнал с настройкой цели, биометрическими данными, задачами, статусом и социальными каналами

Помните: если у вас есть какие-либо опасения по поводу вашего здоровья или уровня физической подготовки, проконсультируйтесь с вашим врачом. И всегда полезно проконсультироваться с персональным тренером при разработке упражнений и целей. Берегите себя.

Всем привет!

Совсем немного осталось до начала нашей краундфандинговой компании часов для измерения уровня стресса EMVIO . Появилась небольшая передышка и пальцы попросились к клавиатуре.

Немного о нашем сердце

Как известно, сердце – это автономный мышечный орган, который выполняет насосную функцию, обеспечивая непрерывный ток крови в кровеносных сосудах путем ритмичных сокращений. В сердце имеется участок, в котором генерируются импульсы, ответственные за сокращение мышечных волокон, так называемый водитель ритма (pacemaker). В нормальном состоянии, при отсутствии патологий, этот участок полностью определяет частоту сердечных сокращений. В результате образуется сердечный цикл – последовательность сокращений (систола) и расслаблений (диастола) сердечных мышц, начиная от предсердий и заканчивая желудочками. В общем случае под пульсом понимают частоту, с которой повторяется сердечный цикл. Однако есть нюансы, каким способом мы регистрируем эту частоту.

Что мы считаем пульсом

В те времена, когда медицина не имела технических средств диагностики, пульс измеряли всем известным способом – пальпацией, т.е. прикладывали палец к определенной области тела и слушали свои тактильные ощущения, и считали количество толчков стенки артерии через кожу за некоторое время - обычно 30 секунд или одну минуту. Отсюда и появилось латинское название этого эффекта - pulsus, т.е. удар, соответственно единица измерений: ударов в минуту, beatsperminute (bpm). Есть много методик пальпации, самые известные это прощупывание пульса на запястье и на шее, в области сонной артерии, который так популярен в кино.
В электрокардиографии пульс вычисляется по сигналу электрической активности сердца - электрокардиосигналу (ЭКС) путем замеров длительности интервала (в секундах) между соседними R зубцами ЭКС с последующим пересчетом в удары в минуту по простой формуле: BPM = 60/(RR-интервал) . Соответственно нужно помнить, что это желудочковый пульс, т.к. период сокращения предсердий (PP интервал) может немного отличаться.

Attention!!! Cразу хотим отметить важный момент, который вносит в путаницу в терминологию и часто встречается в комментах к статьям про гаджеты с измерением пульса. Фактически пульс, который измеряется по сокращениям стенок кровеносных сосудов, и пульс, который измеряется по электрической активности сердца, имеют разную физиологическую природу, разную форму временной кривой, различный фазовый сдвиг и соответственно требует различные методы регистрации и алгоритмы обработки. Поэтому не может быть никаких RR-интервалов при измерении пульса по модуляции объемов кровенаполнения артерий и капилляров и механических колебаний их стенок. И обратно, нельзя говорить, что если у вас нет RR-интервалов, то вы не можете измерить аналогичные по физиологической значимости интервалы по пульсовой волне.

Как гаджеты измеряют пульс?

Итак, вот наш вариант обзора самых распространённых способов измерения пульса и примеры гаждетов, которые их реализуют.

1. Измерение пульса по электрокардиосигналу

После обнаружения в конце 19 века электрической активности сердца появилась техническая возможность ее зарегистрировать.Первым, по настоящему, это сделал Виллем Эйнтховен (Willem Einthoven) в 1902 году, с помощью своего мегадевайса – струнного гальванометра (string galvanometer). Кстати он осуществил передачу ЭКГ по телефонному кабелю из больницы в лабораторию и, по сути, реализовал идею удаленного доступа к медицинским данным!


Три банки с “рассолом” и электрокардиограф весом 270 кг! Вот так рождался метод, который сегодня помогает миллионам людей во всем мире.

За свои труды в 1924 году он стал лауреатом Нобелевской премии. Именно Эйнтховен в первые получил реальную электрокардиограмму (название он придумал сам), разработал систему отведений – треугольник Эйнтховена и ввел названия сегментов ЭКС. Самым известным является комплекс QRS - момент электрического возбуждения желудочков и, как наиболее выраженный по своим временным и частотным свойствам элемент этого комплекса, зубец R.

До боли знакомый сигнал и RR-интервал!

В современной клинической практике для регистрации ЭКС используют различные системы отведений: отведения с конечностей, грудные отведения в различных конфигурациях, ортогональные отведения (по Франку) и т.п. С точки зрения измерения пульса можно использовать любые отведения, т.к. в нормальном ЭКС R зубец в том или ином виде присутствует на всех отведениях.

Спортивные нагрудные датчики пульса

При проектировании носимых гаджетов и различных спортивных тренажеров система отведений была упрощена до двух точек-электродов. Самым известным вариантом реализации такого подхода являются спортивные нагрудные мониторы в виде ремешка-кардиомонитора – HRM strap или HRM band. Думаем у читателей, ведущих спортивный образ жизни, такие устройства уже имеются.

Пример конструкции ремешка и Мистер-гаджет 80 lvl. Sensor pad – это два ЭКГ электрода с разных сторон груди.

На рынке популярностью пользуются HRM ремешки фирм Garmin и Polar, также имеется множество китайских клонов. В таких ремешках электроды выполнены в виде двух полосок из проводящего материала. Ремешок может быть частью всего устройства или пристегиваться к нему застежками-клипсами. Значения пульса, как правило, передаются по Bluetooth по протоколу ANT+ или Smart на спортивные часы или смартфон. Вполне удобно для спортивных занятий, но постоянное ношение вызывает дискомфорт.

Мы экспериментировали с такими ремешками в плане возможности оценки вариабельности пульса, считая их за эталон, но поступающие с них данные, оказались сильно сглаженными. Участник нашей команды Kvanto25 публиковал пост , как он разбирался с протоколом ремешка Polar и подключал его к компьютеру через среду Labview.

С двух рук

Следующим вариантом реализации двух электродной системы является разнесение электродов на две руки, но без постоянного подключения одной из них. В таких устройствах один электрод закрепляется на запястье в виде задней стенки часов или браслета, а другой выносится на лицевую часть устройства. Чтобы измерить пульс, нужно свободной рукой коснуться лицевого электрода и подождать несколько секунд.

Пример пульсометра с фронтальным электродом (Пульсометр Beurer)

Интересным устройством, использующим такую технологию, является браслет Phyode W/Me, разработчики которого провели успешную кампанию на Кикстартере, и их продукт имеется в продаже. На хабре про него был пост .

Электродная система PhyodeW/Me

Верхний электрод совмещен с кнопкой, поэтому многие люди, рассматривая прибор по фоткам и читая отзывы, думали, что измерение происходит просто по нажатию кнопки. Теперь вы знаете, что на подобных браслетах непрерывная регистрация со свободными руками в принципе не возможна.

Плюс этого устройства в том, что измерение пульса не является главой целью. Браслет позиционируется как средство проведения и контроля дыхательных методик, типа индивидуального тренера. Мы приобрели Phyode и проигрались с ним. Все работает, как обещано, регистрируется реальная ЭКГ, соответствующая классическому первому отведению ЭКГ. Однако прибор очень чувствителен к движениям пальца на фронтальном электроде, чуть сдвинулся и сигнал поплыл. С учетом того, что для набора статистики нужно около трех минут процесс регистрации выглядит напряжно.

Вот еще вариант использования принципа двух рук в проекте FlyShark Smartwatch, который выложен на Кикстартере .

Регистрация пульса в проекте FlyShark Smartwatch. Будьте добры подержать пальчик.

Что еще нового есть в этой области? Обязательно нужно упомянуть об интересной реализации ЭКГ электрода – емкостного датчика электрического поля EPIC Ultra High Impedance ECG Sensor производства фирмы Plessey Semiconductors.

Емкостной датчик EPIC для бесконтактной регистрации ЭКГ.

Внутри датчика установлен первичный усилитель, поэтому его можно считать активным. Датчик достаточно компактный (10х10 мм), не требует прямого электрического контакта, соответственно не имеет эффектов поляризации и их не надо смачивать. Нам кажется это решение весьма перспективным для гаджетов с регистрацией ЭКС. Готовых устройств на этих датчиках мы пока не видели.

2. Измерение пульса на основе плетизмографии

Поистине самый распространённый способ измерения пульса в клинике и быту! Сотни разнообразных устройств от прищепок до перстней. Сам метод плетизмографии основан на регистрации изменения объемов кровенаполнения органа. Результатом такой регистрации будет пульсовая волна. Клинические возможности плетизмографии выходят далеко за рамки простого определения пульса, но в данном случае нам интересен именно он.
Определение пульса на основе плетизмографии может быть реализовано двумя основными способами: импедансным и оптическим. Есть и третий вариант – механический, но мы не будем его рассматривать.

Импедансная плетизмография

Как говорит нам Медицинский словарь, импедансная плетизмография – это метод регистрации и исследования пульсовых колебаний кровенаполнения сосудов различных органов и тканей, основанный на регистрации изменений полного (омического и емкостного) электрического сопротивления переменному току высокой частоты. В России часто используется термин реография. Этот способ регистрации ведет свое начала с исследований ученого Манна (Mann, 30 –е годы) и отечественного исследователя Кедрова А.А. (40–е годы).
В настоящее время методология способа основана на двух или четырехточечной схеме измерения объемного удельного сопротивления и состоит в следующем: через исследуемый орган с помощью двух электродов пропускается сигнал с частотой от 20 до 150 кГц (в зависимости от исследуемых тканей).

Электродная система импедансной плетизмографии. Картинка отсюда

Главное условие, предъявляемое к генератору сигнала - это постоянство тока, его значение выбирают обычно не более 10-15 мкА. При прохождении сигнала через ткань его амплитуда модулируется изменением кровенаполнения. Вторая система электродов снимает модулированный сигнал, фактически имеем схему преобразователя импеданс-напряжения. При двухточечной схеме электроды генератора и приемника объединены. Далее сигнал усиливается, из него изымается несущая частота, устраняется постоянная составляющая и остается нужная нам дельта.
Если прибор откалибровать (для клиники это обязательное условие), то по оси Y можно откладывать значения в Омах. В итоге получается вот такой сигнал.

Примеры временных кривых ЭКГ, импедансной плетизмограммы (реограмме) и ее производной при синхронной регистрации. (отсюда)

Очень показательная картинка. Обратите внимание, где находится RR-интервал на ЭКС, а где расстояние между вершинами, соответствующее длительности сердечного цикла на реограмме. Также обратите внимание на резкий фронт R зубца и пологий фронт систолической фазы реограммы.

Из пульсовой кривой можно получить довольно много информации по состоянию кровообращения исследуемого органа, особенно синхронно с ЭКГ, но нам нужен только пульс. Определить его не сложно - нужно найди два локальных максимума, соответствующих максимальной амплитуде систолической волны, вычислить дельту в секундах ∆T и далее BMP = 60/∆T .

Примеров гаджетов, которые используют данный способ, мы пока не нашли. Зато есть пример концепта имплантируемого датчика для контроля кровообращения артерии. Вот про него. Активный датчик сажается прямо на артерию, с хост-девайсом общается по индуктивной связи. Мы считаем, что это очень интересное и перспективный подход. Принцип работы понятен из картинки. Спичка показана для понимания размера:) Используется 4-х точечная схема регистрации и гибкая печатная плата. Думаю, при желании, можно допилить идею для носимого микро-гаджета. Плюс этого решения в том, что потребление такого датчика исчезающее мало.

Имплантируемый сенсор кровотока и пульса. Похож на аксессуар Джонни-Мнемоника.

В завершении этого раздела сделаем ремарку. В свое время мы считали, что таким способом измеряется пульс в известном стартапе HealBeGo, поскольку в этом устройстве базовая функциональность реализуется методом импедансной спектроскопии, что, по сути, и есть реография, только с изменяемой частотой зондирующего сигнала. В общем, все уже на борту. Однако согласно описанию характеристик прибора пульс в HealBe измеряется механическим методом с помощью пьезодатчика (про этот способ во второй части обзора).

Оптическая плетизмография или фотоплетизмографияя

Оптический – это самый распространённый способ измерения пульса с точки зрения массового применения. Сужение и расширение сосуда под действием артериальной пульсации кровотока вызывают соответствующее изменение амплитуды сигнала, получаемого с выхода фотоприемника. Самые первые устройства были применены в клинике и измеряли пульс с пальца в режиме просвета или отражения. Форма пульсовой кривой повторяет реограмму.

Иллюстрация принципа работы фотоплетизмографии

Способ нашел широкое использование в клинике и вскоре технология была применена в бытовых устройствах. Например, в компактных пульсоксиметрах, регистрирующих пульс и сатурацию кислородом крови в капиллярах пальца. В мире производится сотни модификаций. Для дома, для семьи вполне пойдет, но не подходит для постоянного ношения.


Пульсоксиметр обыкновенный и клипса для уха. Тысячи их!

Существуют варианты с ушными клипсами и наушниками со встроенными датчиками. Например, такой вариант от Jabra или новый проект Glow Headphones . Функциональность аналогична HRM ремешкам, но более стильный дизайн, привычное устройство, свободный руки. Постоянно носить затычки в ушах не будешь, но для пробежек на свежем воздухе под музыку в самый раз.

Наушники Jabra Sport Pulse™ Wireless и Glow Headphones. Пульс регистрируется внутриушным (in-ear sensor) способом.

Прорыв

Самым заманчивым было измерение пульса с запястья, ведь это такое привычное и комфортное место. Первыми были часы Мио Alpha с успешной компанией на Кикстартере.

Создательница продукта Лиз Дикинсон (Liz Dickinson) пафосно провозгласила это устройство Святым Граалем измерения пульса. Модуль датчика был разработан ребятами из Philips. На сегодняшний день это самое качественное устройство для непрерывного измерения пульса с запястья методом фотоплетизмографии.

Даешь умных часов много и разных!

Сейчас можно сказать, что технология отработана и внедрена в серийное производство. Во всех подобных устройствах реализуется измерение пульса по отраженному сигналу.

Выбор длины волны излучателя

Теперь пару слов, как выбирают длину волны излучателя. Тут все зависит от решаемой задачи. Обоснование выбора хорошо иллюстрировать по графику поглощения света окси и дезоксигемоглобина с наложенными на него кривыми спектральных характеристик излучателей.

Кривая поглощения света гемоглобином и основные спектры излучения пульсовых фотоплетизмаграфических датчиков.

Выбор длины волны зависит от того, что мы хотим измерить пульс и/или сатурацию насыщения крови кислородом SO2.

Просто пульс. Для этого случая важна область, где поглощение максимально – это диапазон от 500 до 600 нм, не считая максимума в ультрафиолетовой части. Обычно выбирается значение 525 нм (зеленый цвет) или с небольшим смещением – 535 нм (применено в датчике OSRAM SFH 7050 – Photoplethysmography Sensor).

Зеленый светодиод датчика пульса – самых ходовой вариант в смарт-часах и браслетах. В датчике смартфона Samsung Galaxy S5 использован красный светодиод.

Оксиметрия. В этом режиме необходимо мерить пульс и оценивать сатурацию крови кислородом. Способ основан на разнице в поглощении связанного (окси) и не связанного с (дезоки) кислородом гемоглобина. Максимум поглощения деоксигенированного гемоглобина (Hb) находится в “красном” (660 нм) диапазоне, максимум поглощения оксигенированного (Hb02) гемоглобина в инфракасном (940 нм). Для вычисления пульса используется канал с длиной волны 660 нм.

Желтый для EMVIO. Для нашего прибора EMVIO мы выбирали из двух диапазонов: 525 nm и 590 нм (желтый цвет). При этом мы учитывали максимум спектральной чувствительности нашего оптического датчика. Эксперименты показали, что разницы между ними практически нет (в рамках нашей конструкции и выбранного датчика). Любую разницу перебивают артефакты движения, индивидуальные свойства кожи, толщина подкожного слоя запястья и степень прижатия датчика к коже. Мы захотели как-то выделиться из общего “зеленого” списка и пока остановились на желтом цвете.

Конечно, измерения можно проводить не только с запястья. Есть на рынке нестандартные варианты выбора точки регистрации пульса. Например, со лба. Такой подход использован в проекте умного шлема для велосипедистов Life beam Smart helmet разработаного Израильской компанией Lifebeam. В предложениях этой фирмы есть еще бейсболки и солнцезащитные козырьки для девушек. Если постоянно носите бейсболку, то это ваш вариант.

Велосипедист доволен, что не нужно одевать HRM ремешок.

В целом выбор точек регистрации достаточно велик: запястье, палец, мочка уха, лоб, бицпес руки, лодыжка и стопа ноги для малышей. Полное раздолье для разработчиков.

Большим плюсом оптического способа является простота реализации на современных смартфонах, где в качестве датчика используется штатная видеокамера, а в качестве излучателя – светодиод вспышки. В новом смартфоне Samsung Galaxy S5 на задней стенке корпуса, для удобства пользователя, уже имеется штатный модуль датчика пульса, возможно и другие производители будут внедрять аналогичные решения. Это может стать решающими для устройств, в которых нет непрерывной регистрации, смартфоны вберут в себя их функционал.

Новые горизонты фотоплетизмографии

Дальнейшее развитие этого способа связано с переосмыслением функционала оптического датчика и технологическими возможностями современных носимых устройств в плане обработки видеоизображений в реальном времени. В итоге имеем идею измерения пульса по видеоизображению лица. Подсветкой является естественное освещение.

Оригинальное решение, с учетом того, что видеокамера является стандартным атрибутом любого ноутбука, смартфона и даже умных часов. Идея метода раскрыта в этой работе .

Субъект N3 явно напряжен – пульс под 100 уд/мин, наверно сдает работу своему руководителю Субъекту N2. Субъект N1 просто мимо проходил.

Сначала на кадрах выделяется фрагмента лица, потом изображение раскладывается на три цветовых канала и разворачивается по временной шкале (RGB trace). Выделение пульсовой волны основано на разложение изображения методом анализа независимых компонент (ICA) и выделения частотной составляющей, связанной с модуляцией яркости пикселей под действием пульсации крови.

Лаборатория Philips Innovation реализовала аналогичный подход в виде программы Vital Signs Camera для IPhone. Весьма интересная штука. Усреднение значений конечно большое, но принципиально метод работает. Аналогичный проект развивает .

Виды экранов Vital Signs Camera.

Так что в будущем системы видеонаблюдения смогут дистанционно измерять ваш пульс. Контора АНБ возрадуется.

Окончание обзора в следующем посте “Как умные часы, спортивные трекеры и прочие гаджеты измеряют пульс? Часть 2 ”. В той части мы расскажем об более экзотических способах регистрации пульса, которые используются в современных гаджетах.

Удачи! И еще раз пригашаем вас на сайт нашего проекта EMVIO .

Теги: Добавить метки

Оптические пульсометры – относительно новый вид портативных кардиомониторов. В продаже оптические пульсометры появились всего пару лет назад. На нашем сайте можно ознакомиться с особенностями инновационных гаджетов, прочесть отзывы на оптические пульсометры, купить кардиодатчик и на собственном опыте оценить достоинства устройства.

Идея оптического монитора фиксации частоты сердечных сокращений не нова. Наверняка, каждый видел в кино сюжет, где пациент больницы лежит, опутанный с ног до головы проводами и на пальце у него прикреплен приборчик, напоминающий прищепку. Вот эта самая «прищепка» и есть оптический пульсометр. И всем устройство хорошо – миниатюрное, точное, легкое, не дорогое в производстве. Если бы не одно «но» – получить точные показания с его помощью можно только в случае, если пациент неподвижен в течение всего времени снятия данных. Именно поэтому производители портативных пульсометров забраковали оптические датчики.

И так бы, наверное, оптические пульсометры в продаже и не появились, не приди в голову одной любопытной канадке идея приспособить медицинский датчик под бытовые нужды. Лиз Дикинсон (Liz Dickinson) инженер по образованию, работавшая с известными мировыми технологическими компаниями, такими как Oracle, IBM, AT&T, TELUS, в 1999 году предложила идею аппаратной адаптации сенсора, чем вызвала гомерический хохот у всех причастных к производству, как медицинской техники, так и портативных бытовых пульсометров.

Другой бы на ее месте сдался, но гордая жительница Ванкувера больше десяти лет шлифовала идею и в 2012 году начала кампанию по сбору $100 000 на проект наручного пульсометра нового поколения на сайте KickStarter. Период финансирования длился всего 44 дня. Его результатом стала сумма в $321 314, создание компании Mio, 5 технических патентов, патент в категории «Спортивные и фитнес устройства», всемирный почет и уважение. И, конечно, линейка Mia – оптические пульсометры, продажи которых бьют все мыслимые рекорды. Многие производители медицинской техники и спортивных гаджетов используют в своих устройствах канадскую технологию. На сегодняшний день Mio является мировым лидером с области технологии мониторинга сердечного ритма.

Оптические пульсометры, характеристики которых базируются на инновационном подходе к оптическим сенсорам, демонстрируют беспрецедентную точность измерения пульса. Этого удалось достичь благодаря тандему оптического датчика, акселерометра и микропроцессора. Устройство с помощью оптического сенсора и двух зеленых лазеров фиксирует пульсацию кровеносных сосудов, фильтрует помехи, возникающие при движении, анализирует результаты с помощью вычислительного блока и специально разработанных алгоритмов. Конечно, цена на оптические пульсометры далеко не бюджетный вариант. Но и оптические пульсометры smart поколения отнюдь не заурядные гаджеты.

Купить оптические пульсометры можно в формате наручных часов. Модели оптических пульсометров чрезвычайно стильные и выделяются на фоне спортивных часов более широким браслетом. Это обусловлено необходимостью добиться максимально плотного прилегания корпуса с оптическим датчиком к коже. На тыльной стороне корпуса, кроме двух лазеров и оптического датчика, располагают контактную зарядную площадку. Рекомендуемая производителями оптических пульсометров цена включает зарядные адаптеры (чаще всего оригинальной конструкции). Большинство моделей пульсометров работают около 5-8 часов в режиме постоянного снятия показаний частоты пульса.

Оптические пульсометры могут функционировать в автономном режиме, правда в этом случае во встроенной памяти устройств сохраняется ограниченный объем информации. Особенностью оптических пульсометров является наличие цветных индикаторов в нижней части корпуса. Благодаря этим крохотным светодиодам пользователь может контролировать интенсивность нагрузки во время тренировки, чтобы находиться в пределах рабочей зоны пульса. Достаточно бросить мимолетный взгляд – зеленый индикатор свидетельствует о частоте пульса в рамках заданного диапазона, синий – подскажет, что необходимо ускориться, а красный – сигнализирует о критически высокой нагрузке.

Сопряжение со смартфоном или компьютером позволяет расширить базовый функционал гаджета. Оптические пульсометры, обзор которых можно найти на нашем сайте, чаще всего оснащены радиомодулем Bluetooth и поддерживают несколько десятков спортивных приложений.

В нашем магазине представлены оригинальные оптические пульсометры, скидки, акции, бонусные программы, удобный механизм оплаты и оперативная доставка.