Новости
Якутия объята беспрецедентными лесными пожарами, по некоторым оценкам сгорело 5   Подробнее→
  • 07 августа 2021 10:26
Поздравляем покупателей с Днем России. Желаем процветать и радоваться жизни   Подробнее→
  • 09 июня 2021 10:25
С чудесным Восьмым марта! Желаем мармеладно-конфетной сладости, воздушно-приподнятого настроения и волнующе-замечательных   Подробнее→
  • 06 марта 2021 14:53
Спешим поздравить мужчин, юношей с наступающим мужским праздником! Желаем вам   Подробнее→
  • 20 февраля 2021 10:18

Как часы Apple Watch измеряют сатурацию кислорода, ЭКГ и пульс

  • 19 ноября 2020 15:25

На сегодня практически любые фитнес-трекеры и умные часы, в том числе Apple Watch способны измерять пульс, электрокардиограмму и даже уровень кислорода в крови (сатурацию), что на сегодня особенно актуально из-за пандемии коронавируса. Но как это устроено, стоит ли доверять показаниям носимых гаджетов? И конечно же посмотрим, что внутри эпл вотч и как устроены эти датчики в часах. Принцип работы большинства устройств, в том числе специальных приборов пульсоксиметров основан на методе фотоплетизмографии. Слово сложное, но принцип работы достаточно простой: часть тела просвечивается источником света, а фотоэлемент анализирует степень поглощения этого света. Рассмотрим на примере Apple Watch.

Как измеряется пульс в часах?

Начнем с измерения пульса. Наша кровь красная, поэтому длина световой волны подбирается таким образом, чтобы она наилучшим способом поглощалось кровью. Обычно используется свет диапазоном длины волны от 500 до 600 нанометров, это как раз таки и есть зеленый цвет – самый ходовой вариант в смартчасах и браслетах.

Длина световой волны в смарт часах 500-600 миллимикрон
Световой спектр диапазоном 500-600 нм

В эппл вотч используется несколько зеленых светодиодов вкупе со светочувствительными фотодиодами. При ударе сердца кровоток увеличивается, а с ним и объем поглощенного зеленого света. А в период между ударами уменьшается. Именно благодаря этим данным и происходит измерение вашего пульса в Эпл воч.

Зелёные светодиоды смарт часов Эппл
Зелёные светодиоды датчиков пульса в Apple Watch

Пульсометр может также использовать инфракрасное излучение для замеров во сне, чтобы вам не мешать. Какое этому есть полезное применение? Часы контролируют учащенный пульс – тахикардию, то есть увеличение частоты сердечных сокращений от 90 ударов в минуту и выше, если поставите в настройках.

Частота сердечных сокращений на экране смарт часов Эппл
Частота ударов сердца в минуту наглядно

Тахикардия это не болезнь, но может быть симптомом множество различных заболеваний, отравлений, проблем в работе сердца. Когда вы находитесь в состоянии покоя, а сердце бьётся быстрее заданного лимита в течение 10 минут – часы вам об этом, само собой, сообщат. А если вы занимаетесь спортом, то информация о пульсе объединяется с другими данными, чтобы оценить количество сожжённых калорий более точно. Это очень полезная при занятиях спортом штука. С каждым новым поколением часов фирма Apple дорабатывала и усовершенствовала их, добавляя какие-то новые функции. И одной из них стала возможность измерения уровня SpO2 (содержание кислорода в крови) в шестой серии часов.

Измерение насыщенности крови кислородом

Технически эта функция работает на основе пульсометра, но его работа была немного изменена, чтобы добавить такую возможность. Начнем с основ: наша кровь бывает артериальная и венозная. Простыми словами артериальная – это насыщенная кислородом кровь, которая из легких идет к различным органам и конечностям, а венозная течет обратно к легким и содержит минимум кислорода.

Железосодержащий белок гемоглобин в эритроцитах
Гемоглобин крови находится в эритроцитах

Самый основной момент – насыщенная артериальная кровь имеет ярко-алый цвет, а венозная темный. Кислород переносится в крови с помощью белка гемоглобина и каждая его молекула способна присоединить максимум четыре молекулы кислорода. Для поглощения гемоглобином света при измерениях используется уже другая длина волны 660 нанометров, то есть красный цвет, и 940 нанометров – инфракрасный свет, невидимый человеческими глазами.

Сканеры уровня SpO2 нижней панели в смарт часах Эппл
Светодиоды часов испускают красные лучи

Во время измерения уровня кислорода часы освещают ваше запястье теперь уже красными и зелеными светодиодами, а также инфракрасным светом. Затем фотодиоды измеряют количество отраженного света. Гемоглобин с кислородом поглощает больше инфракрасного света чем красного, а гемоглобин без кислорода – наоборот гораздо лучше поглощает красный свет, чем инфракрасный. Далее используются различные алгоритмы для вычисления цвета вашей крови и сколько гемоглобина связано с кислородом. Эта цифра отображается в процентах и называется насыщением крови, а точнее гемоглобина кислородом.

Насыщенность крови кислородом в смарт часах Эппл
На дисплее Apple Watch уровень кислорода в крови

Если часы показывают вам 96 процентов, то это значит, что 96 процентов гемоглобина связаны с кислородом, а 4 не связано. По такому же принципу работают и пульсоксиметры в виде прищепки на палец. Например, у большинства людей уровень кислорода в крови составляет 95-100 процентов, однако некоторые люди живут с уровнем кислорода ниже 95 % не испытывая каких-либо неудобств. Но уровень ниже 90 процентов считается низким и кислород из легких поступает в органы и ткани в недостаточной степени. Обычно уровень кислорода в крови отслеживают альпинисты для предупреждения горной болезни, пилоты авиационных видов спорта, спортсмены при тренировках в разряженной атмосфере в горах, либо люди с заболеваниями сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Здоровому человеку эти данные приносили вообще-то мало пользы в обычной жизни до начала пандемии. Но коронавирус поражает легкие и соответственно снижает уровень кислорода в крови, что может привести к печальным последствиям. Пульсоксиметры способны обнаружить снижение уровня кислорода до того, как вы почувствуете отдышку или другие какие-то симптомы затруднения дыхания.

Можно ли снять кардиограмму в часах?

В четвертой, пятой и шестой версии часиков апл вотч есть возможность считывания электрокардиограммы, то есть ЭКГ. В компании Эппл заявляют, что часы создают ЭКГ аналогичную показаниям одноконтактного электрокардиографа, в то время как в медицинских учреждениях обычно используются 12 контактные, которые записывают электрические сигналы сердца под разными углами.

График ЭКГ в приложении для смарт часов Эппл
График кардиограммы в приложении Apple

Эппл вотч способны предоставить сведения о частоте пульса и сердечного ритма, а также позволяют обнаружить признаки мерцательной аритмии. Мерцательная аритмия – это разновидность нерегулярного сердечного ритма, когда сокращение верхних и нижних камер сердца не синхронизированы. Ранняя диагностика и лечение этого недуга могут способствовать в профилактике и предупреждения осложнений, включая такое грозное заболевание, как инсульт. Однако часы нельзя использовать, чтобы определить, например, инфаркт.

Можно ли доверять показаниям Apple Watch?

Насколько же точно умные часы фитнес-трекер и измеряют все вышеперечисленное? На сегодняшний день носимое устройство нельзя рассматривать как замену медицинским приборам по многим факторам. На результат измерений может повлиять расположение гаджета на запястье, постоянное движение рукой, татуировки, родимые пятна, шрамы, волосяной покров, тип кожи, температура окружающей среды и ваша активность в течение дня. Да и производители предупреждают, что их устройства могут быть лишь дополнительным средством контроля общего самочувствия и физического состояния. А в случае ухудшения показателей необходимо во время обратиться к врачу. Например, снижение уровня кислорода до 85 процентов может быть связано со множеством причин, необязательно с Covid19. Но все это означает, что при необходимости вам лучше лишний раз пройти обследование на всякий случай. Для эксперимента сопоставим показания узконаправленного измерителя насыщенности тканей организма кислородом и данные наручного гаджета.

Сравнение iWatch и пульсоксиметра

Переходим к сравнению часов с медицинским пульсоксиметром. Одновременно проведём несколько измерений уровня кислорода в крови – этот показатель на сегодняшний день штука важная. В тесте будем использовать Apple Watch шестой серии и пульсоксиметр Beurer PO 30 из Германии.

Beurer PO 30 и  смарт часы Эппл
Сравнение Beurer PO 30 и Apple Watch серии 6

Стоит такой гаджет порядка семидесяти долларов или чуть больше 5 тысяч российских рублей. В устройстве можно видеть красный диод, о чем мы говорили ранее. Самый простой прибор этого производителя – достаточно нажать на кнопку и "скормить" ему палец. По рекомендации одного уважаемого доктора для достоверности измерения я пять минут посидел в помещении в спокойном состоянии. Кстати гель и лак на ногтях у девушек может затруднить измерение таким прибором. Но у меня вроде как с этим вопросом все в порядке. Что касается часов – то убедитесь что они плотно прилегают к запястью и находятся в положении экраном вверх, старайтесь не двигаться при этом.

Измерение SpO2 для смарт часов Эппл
Проверка уровня кислорода крови в Beurer PO 30 и AppleWatch Series 6

Во время считывания требуется положить руки на стол или на колени ладонью вниз и держать неподвижно, насколько это возможно. Обязательно часы должны плотно прилегать к руке не в области костей запястья. Я провел достаточно много измерений на часах и пульсоксиметре и во всех случаях результат был одинаковым, либо отличным на 1 процент в большую или меньшую сторону. Часам требуется 15 секунд для определения уровня кислорода, а прибор справляется примерно за три. Никаких глобальных отличий в показаниях не наблюдалось, результат всегда был одинаковым в рамках погрешности. На самом деле неплохо учитывая, что эта клипса на палец стоит 70 баксов, а часы выполняют еще и другие различные важные функции. Однако есть исследования журналиста издания Вашингтон Пост Джоффри А. Фаулера, в которых он делает вывод о довольно большой погрешности до 7% и не стабильных данных при замерах уровня кислорода в крови с помощью Apple Watch. Надо понимать, что задача часов не в том, чтобы заменить профессиональное медицинское оборудование, а в том чтобы своевременно предупредить о том, что вас могут быть какие-то проблемы со здоровьем или вы себя перегружаете во время тренировок.

Какими датчиками и сенсорами оборудованы часы?

Последние модели устройства буквально напичканы датчиками, сенсорами и манометрами:
  • Компас.
  • Барометрический высотомер.
  • Датчик освещенности.
  • Акселерометр.
  • Гироскоп.
  • Оптический датчик сердечного ритма.
  • Датчик кислорода в крови.
  • Электрический датчик пульса.

Давайте посмотрим, как устроена задняя часть Apple Watch и какие датчики там есть. Для примера возьму наиболее интересные, на мой взгляд, версии – это шестая и пятая серии, то есть топовые версии этого и прошлого года. Компоновка сенсоров визуально у них отличается.

Датчики задней панели в умных часах Эппл пятой и шестой серий
Сравнение задней панели AppleWatch Series 5 и 6

В 5-ой серии в кружочке по центру находятся четыре зеленых светодиода и парочка инфракрасных. По кругу идут фотодиодные датчики, которые фиксируют отраженный от запястья свет.

Светод и фотодиоды нижней панели в смарт часах Эппл 5
Светоизлучающие и сенсоры AppleWatch Series 5

Большое кольцо по кругу является электродом для измерения и ЭКГ, а второй электрод встроен в кольцо Digital Crown. В 6-ой серии электрод для ЭКГ визуально не изменился, а вот сама компоновка светодиодов отличается:

Датчики нижней панели в смарт часах Эппл 6
Светоизлучающие и фотоприёмные датчики AppleWatch Series 6

тут есть 4 окошка в каждом из которых находятся зеленый, инфракрасный и красные светодиоды. Красные добавили для замера уровня кислорода в крови. Пора переходить к моей любимой части, а именно посмотреть что внутри часов и как выглядят датчики с обратной стороны, недоступные обычному пользователю.

Разборка часов на примере AppleWatch 5

Разбираем пятую серию. Разбираются часы достаточно просто, даже удивительно было от apple ожидать такого. Практически вся начинка откручивается и шлейфы деталей на разъемах. При желании и небольшой ловкости рук часы можно аккуратно разобрать и собрать обратно. Одним большим модулем идет система чипа двухъядерного процессора S5 - это сердце Apple Watch. К плате припаяны основные коннекторы и шлейфа на дисплей, кнопки и так далее.

Достаём батарею смарт часов Эппл 5
Извлекаем аккумулятор Apple Watch Series 5

Аккумулятор на 296 миллиампер часов, вибромотор Taptic Engine, шлейф кнопки с микрофоном и сервисным разъемом, динамик с защитой от влаги.

Достаём вибромотор Taptic Engine смарт часов Эппл 5
Извлекаем вибромотор Taptic Engine Apple Watch Series 5

Корпус является прекрасным сувениром. Заднее стекло кстати совершенно без проблем снимается вместе с сенсорами, но я их достал, чтобы показать вам. Модуль сенсорами приклеен к стеклу, его демонтаж тут не предусмотрен.

Корпус смарт часов Эппл 5
Пустой, выпотрошённый корпус

Не особо старался сохранить поэтому основа катушки треснула при демонтаже, если нагреть предварительно, то можно снять более аккуратно.

Блок светодиодов и катушка в сборе для часов Эппл 5
Блок датчиков SpO2, ЭКГ и фотодиодиодов Apple Watch Series 5 в сборе

Тут можно увидеть электрод, с помощью которого измеряется электрокардиограмма токов сердца, 8 фотодиодных датчика, 4 зеленых светодиода и два инфракрасных. С помощью этого модуля умные часы iWatch и измеряют пульс и ЭКГ.

Теперь вы знаете что внутри айвотч и как это работает. Несмотря на то, что часы не являются медицинским прибором, они станут прекрасным дополнением для контроля состояния вашего здоровья.
 
 
Отзывы могут оставлять только зарегистрированные пользователи.
Пожалуйста, зарегистрируйтесь или войдите
 
1 отзывов
0 ответов
1 оценок
100% 1 положительных
5  
Полезность отзывов
0 голосов
0