как работают пульсометры на телефоне
Как измерить пульс при помощи Android
Сегодня рынок наводнен дешевыми фитнес-трекерами, умными часами и другими гаждетами, которые предлагают множество функций для ведения здорового образа жизни. Шагомер, подсчет количества калорий и так далее. Но особняком стоит опция отслеживания сердечного ритма, ведь сердце — это один из важнейших органов нашего организма. Как измерить пульс и частоту сердечных сокращений при помощи смартфона на Android? И нужно ли для этого покупать специальный браслет? Давайте разбираться.
С одной стороны, можно обойтись и без дополнительных устройств. С другой же, точность в таком случае будет оставлять желать лучшего. Для этого стоит понять, как вообще работает технология измерения пульса на мобильных устройствах.
Как датчики сердечного ритма измеряют пульс?
Датчики сердечного ритма, установленные в смарт-устройствах и фитнес-трекерах, используют свет. Если вы посветите фонариком на руку, вы увидите свет, проходящий через кожу. Сенсоры сердечного ритма тоже испускают свет, который проникает под кожу и отражается кровеносными сосудами. Колебания сосудов улавливаются датчиком и этот сигнал преобразуется в показатель пульса.
В большинстве случаев частота пульса равняется частоте сердечных сокращений, но при ряде состояний в этих показателях могут быть расхождения, что может говорить о проблемах со здоровьем. Так что полностью полагаться на эту технологию не стоит.
Измерение пульса на Android
В Google Play Store есть много приложений, которые дадут вам достаточно хорошие результаты в измерении пульса. Например, программа Accurate Heart Rate Monitor. Она позволяет измерять пульс с помощью камеры и вспышки смартфона. Приложение поддерживает Google Fit и может вести статистику. Приложение работает не так быстро, как фитнес-трекеры, но является при этом весьма точным.
Чтобы измерить частоту сердечных сокращений с помощью приложения, установите его на свой телефон и откройте. Приложение попросит вас предоставить доступ к камере, чтобы она могла включить фонарик и записать данные. После того, как вы дадите разрешение, как только вы положите палец на датчик камеры, программа начнет свою работу.
С другой стороны, специализированные фитнес-трекеры, хоть и работают по тому же принципу, находятся на запястье куда дольше, чем вы держите палец у камеры смартфона. А значит, что объем получаемых данных является более полным. Помимо этого, многие трекеры и часы оснащены функцией предупреждения, если вдруг ваш пульс опускается или поднимается выше определенной отметки. Добиться такого же эффекта в мониторинге при помощи камеры смартфона не так уж просто. Поэтому если вам важна точность — ваш выбор узкоспециализированное устройство. В противном случае можно обойтись и обычной камерой со вспышкой.
А вы пользуетесь фитнес-трекерами или смарт-часами? Расскажите об этом в нашем чате в Телеграм.
Google научит Android-смартфоны измерять пульс и дыхание
Немногие знают, что для того, чтобы замерить частоту пульса, совершенно необязательно покупать фитнес-браслет. Нет, я не предлагаю вам считать его самостоятельно, приложив указательный палец к запястью и отсчитав положенное время. Я говорю о способности практически любого современного смартфона производить подобного рода измерения с достаточной точностью, чтобы доверять им и не заниматься расчётом ЧСС по старинке. Достаточно было скачать соответствующее приложение. Поэтому было странно, что Google не предлагает ничего подобного. Видимо, ей просто было нужно время.
Камера, вспышка и приложение — всё, что нужно для замера пульса
Google готовится встроить в фирменное фитнес-приложение Google Fit функцию замена пульса и расчёта дыхания. Но если программный пульсометр – это штука довольно привычная, реализуемая при помощи приложения и камеры со вспышкой, то вот методика расчёта дыхания выглядит довольно необычно.
Как измерить пульс смартфоном
Замерить пульс можно даже с помощью смартфона
Замер пульса при помощи смартфона производится довольно примитивно. Вспышка просвечивает палец, а камера считывает изменения цвета крови, которая темнеет с каждым новым ударом сердца, которое эту самую кровь и перекачивает. Это только звучит очень сложно, а по факту камера просто фиксирует изменения цвета капилляров и всё.
Впрочем, для достижения максимальной точности измерения Google пришлось изрядно потрудиться. Разработчики из команды Google Fit обучили приложение компьютерному зрению, дабы исключить ошибочные срабатывания и приблизить результат замеров к результатам медицинского оборудования. На выходе, как заявляет руководитель проекта, у разработчиков получилось добиться высокоточных показателей измерения, сопоставимых с клиническими.
Фронтальная камера будет считывать вздымание грудной клетки для замера ЧДД
А вот с частотой дыхательных движений (ЧДД) – показателем, который представляет важность наравне с частотой сердечных сокращений – всё немного иначе. За его измерение отвечает только камера. Она отслеживает мельчайшие вздымания туловища при вдохах и выдохах. Для этого сгодится даже фронтальная камера, сдобренная специальными алгоритмами, которые занимаются подсчётом таких телодвижений.
Несмотря на то что для замеров ЧДД тоже использовалось компьютерное зрение, исследователям Google пришлось привлечь к участию в проекте несколько групп добровольцев как с респираторными заболеваниями, так и без. Это было необходимо для того, чтобы добиться максимальной точности считывания, независимо от того, страдает человек какими-либо расстройствами дыхательного аппарата или нет.
Как Google обновляет старые Android-смартфоны
Обе новых функции появятся в приложении Google Fit, но доступны будут не сразу и не всем
Моя команда работает над раскрытием потенциала смарт-устройств, которыми мы пользуемся на постоянной основе. Наш круг интересов включает в себя не только смартфоны, но и многие другие гаджеты, но смартфоны являются наиболее показательным примером того, насколько личными могут быть электронные устройства. Поэтому мы стараемся задействовать для поддержания здоровья пользователей, даже те датчики, которые вроде бы предназначены совсем для другой цели, — говорит руководитель проекта Google Health Шветак Патель.
Первое время обе функции будут доступны только пользователям смартфонов Google Pixel, но в обозримом будущем их планируется выпустить для широкой аудитории. Google не стала оглашать сроков наступления обозримого будущего, но дала понять, что это произойдёт уже в этом году. Видимо, компания хочет протестировать нововведения на узкой группе пользователей, чтобы в случае чего не опозориться перед всеми.
Планируется, что функции измерения ЧСС и ЧДД будут доступны на всех устройствах с Android 6.0 и выше. Несмотря на то что нововведения доберутся до пользователей в составе приложения Google Fit, а не системных обновлений, сам факт того, что Google продолжает поддерживать старые устройства даже таким опосредованным способом, дорогого стоит. В конце концов, обновления Android как таковые уже пару лет как не несут в себе ничего ценного, поэтому пользователям остаётся полагаться только на софт.
Мобильная диагностика: как работают датчики уровня кислорода, пульса, ЭКГ и шума
Содержание
Содержание
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:
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.
Содержание
Пульсометр [ править | править код ]
История [ править | править код ]
Первые модели состояли из монитора и множества электродов прикрепленных к грудной клетке. В 1977 году Финскими учеными был создан первый беспроводной ЭКГ детектор для команды финских олимпийцев. 1983 год считается началом розничной продажи персональных ЭКГ мониторов сердечного ритма. [1]
Устройство пульсометра [ править | править код ]
Современные пульсометры обычно состоят из двух элементов: нагрудного ремня-датчика и приёмника на запястье, gps-навигатора или мобильного телефона. Обычно для получения хорошего контакта электроды датчика смачиваются водой или специальным гелем. Почти все пульсометры имеют дополнительными функции: часы, секундомер, таймер, статистика времени нахождения пульса в заданных зонах, звуковая сигнализация выхода пульса из заданной зоны. При вводе возраста, веса и роста прибор предлагает калькуляторы индекса массы тела, сожженных калорий, сожженного жира, причем последний активизируется обычно только при пульсе выше 120 уд/мин. Зоны пульса можно выбрать из предложенных вариантов для различных степеней подготовки или задать по своему усмотрению.
Более продвинутые модели пульсометров предлагают измерения среднего и максимального пульса, интенсивности и частоты дыхания для оценки параметров, связанных с фитнес-тренировкой, память круговых тренировок. Если приёмником является gps-навигатор, то данные можно сопоставить со скоростью перемещения, скоростью подъёма, высотой и пр.
Тип конструкции [ править | править код ]
1. Наручные. Являются самым распространенным типом устройства, предназначенного для использования спортсменами. Они имеют вид обычных наручных часов, благодаря чему считаются очень удобными в использовании. Особенно при занятиях такими видами спорта как легкая атлетика или езда на велосипеде, рекомендовано делать такой выбор пульсометра. Большое разнообразие продукции данного назначения дает возможность каждому спортсмену подобрать подходящую модель, как по своей функциональности, так и по дизайну. Некоторые производители также могут оснащать их специальной подставкой, предназначенной для установки на руль велосипеда.
2. Напалечные. Преимущества их заключаются, прежде всего, в минимальных размерах и низком потреблении энергии, благодаря чему их можно длительное время использовать в процессе легкоатлетических занятий и тренировок.
3. Велосипедные. Представляют собой небольшие компьютеры, которые крепятся на руль велосипеда и измеряют пульс спортсмена во время езды на нем.
Кроме типа самого прибора для измерения пульса при выборе устройства рекомендовано учитывать еще тип и сигнала.
Датчик [ править | править код ]
Точность показания результатов измерения зависит от датчика.
1. Нагрудный датчик. Самый точный датчик для определения пульса. Крепится на груди с помощью специального ремня, имеет автономный источник питания, запускаемый при появлении пульса. Передаёт сигнал на расстояние до 70 см в наручные часы-приёмник. Кисти рук остаются свободными.
2. Встроенный датчик. Пульсометры без нагрудного датчика в настоящее время позволяют определить пульс просто коснувшись двух электродов на корпусе пульсометра в течение нескольких секунд. Данные приборы популярны из-за удобства и простоты использования, хотя они не дают такой же высокой точности, как пульсометры, которые используют нагрудный датчик.
3. Датчик пульсации крови. Датчик на мочку уха или на палец. Определяет пульс по пульсации крови в тканях.
Самым удобным типом этого обязательного элемента считается встроенный датчик, который используются в наручных и напалечных пульсометрах, но при этом существует небольшая неточность в показаниях. В отличие от него самым точным является нагрудный датчик, поскольку он крепится непосредственно к груди спортсмена.
Разновидности пульсометров в зависимости от типа датчика и конструкции
Сверху: пульсометр с беспроводным нагрудным датчиком. Снизу: часы со встроенным GPS-датчиком
Наручный пульсометр с датчиком пульсации крови на пальце
Разновидность пульсометра с датчиком пульсации крови на пальце
Пульсометр с датчиком пульсации крови с клипсой на ухо
Тип передачи сигнала [ править | править код ]
1. Проводной датчик. Датчик соединен с устройством отображение посредством провода, данная конструкция отличается надежностью, так как защищена от помех.
2. Беспроводной датчик. Данные от датчика передаются по радиоканалу как в аналоговом так и цифровом виде. Недостатком является необходимость смены элеметнов питания, а также возможное нарушение передачи данных в условиях сильных радиопомех, движении под линиями электропередач.
Более удобными в использовании являются беспроводные устройства, но нужно понимать, что результат не всегда будет максимально точным при таком выборе пульсометра. Покупать прибор нужно только при учете всех своих потребностей в осуществлении такой покупки.
Приложения для смартфона (Android) [ править | править код ]
Что бы не тратить деньги на пульсометр, шагомер и подобные измерения, разработчики приложений создали уникальные программы для смартфонов которые способны измерить пульс, артериальное давление, количество шагов, посчитать калории и т. д. не хуже датчиков фитнес гаджетов. Так например в сфере пульсометров, одними из самых популярных приложений является:
Принцип работы приложений один: удерживайте кончик указательного пальца на линзе задней камеры и вспышке телефона. Не нажимайте слишком сильно, чтобы не перекрыть циркуляцию и не получить неверные результаты. Через 1-2 секунды Вы должны увидеть график с пульсом. Все!
Приложения работают только на телефонах в камере которых встроен датчик.
Приложения не являются медицинским продуктом.
Instant Heart Rate [ править | править код ]
В целом приложение достаточно точно измеряет пульс, с интуитивно понятным интерфейсом. Очень редко возникают сбои в работе измерений, которые достаточно быстро устраняются, стоит только прервать неправильное измерение и начать заново.