Шагомер
Умные часы, кольца, фитнес-браслеты, а также смартфоны регистрируют шаги с помощью нескольких типов датчиков. Акселерометр — основной, он измеряет ускорение устройства в трех плоскостях. Когда человек идёт, акселерометр фиксирует колебания — его движения. Алгоритмы анализируют эти данные, выделяя повторяющиеся паттерны (шаги).
Гироскоп обычно дополняет акселерометр, определяя ориентацию устройства в пространстве. Это помогает отличить настоящие шаги от случайных движений (например, встряхивания рукой). В некоторых моделях используется еще GPS — он нужен для измерения пройденного расстояния и корректировки данных шагомера. Однако GPS не всегда точен в городах с высокой застройкой и быстро разряжает батарею гаджета. Наконец, некоторые фитнес-браслеты и часы используют данные пульсометра, чтобы уточнить, идет ли человек или просто двигает рукой.
Алгоритм шагомера работает примерно так: фиксация движения, отсеивание случайных движений, выявление паттернов и подсчет шагов (каждый характерный «пик» ускорения считается за шаг)
Точность измерений обычно зависит от нескольких факторов:
- Местоположение устройства – шагомер в часах на руке точнее, чем смартфон в свободном кармане.
- Тип ходьбы/бега – быстрая ходьба определяется лучше, чем медленная.
- Алгоритмы обработки – разные производители используют свои методы фильтрации данных.
- Калибровка – некоторые устройства позволяют уточнить длину шага для более точного расчета дистанции.
В среднем, у продвинутых гаджетов погрешность составляет 5–10% при обычной ходьбе. Однако в сложных условиях (езда в транспорте, движения руками без ходьбы) ошибка может быть выше.
Шагомер хорошо подходит для отслеживания общей активности, но не для точного измерения дистанции. В спортивных целях лучше использовать GPS-трекеры или специализированные фитнес-устройства. Для большей точности важно также носить часы на ведущей руке (или хотя бы смартфон в плотно зафиксированном кармане).
Измерение пульса
Большинство умных часов и фитнес-браслетов для измерения пульса используют оптические датчики (фотоплетизмографию, PPG). Принцип их работы основан на том, что кровь поглощает свет, а ее пульсацию можно зафиксировать с помощью светодиодов и фотодетектора. Датчик излучает зеленый или инфракрасный свет в кожу, а затем анализирует отраженный сигнал — когда сердце сокращается, кровоток усиливается, и это изменение регистрируется как удар пульса.
Точность измерения зависит от плотности прилегания часов к запястью, цвета кожи (из-за разного уровня поглощения света) и физической активности. Например, во время бега или плавания показания могут быть менее точными из-за движения. Также датчики могут ошибаться при слабом кровообращении в запястье или при наличии татуировок.
В состоянии покоя современные носимые устройства определяют пульс с погрешностью всего 2–5 ударов в минуту, то есть это достаточно точный результат
Многие гаджеты стали определять уровень стресса пользователя. Для этого используются данные о вариабельности пульса, то есть датчики регистрируют интервал между ударами сердца. Гаджет запускает тест на стресс, когда пользователь находится в состоянии покоя, например, сидит или лежит. Во время физической активности тестирование не проводится.
Нужно понимать, что умный гаджет не всегда располагает точными данными, чтобы определить причину колебаний в сердечном ритме: это может быть как стресс, так и просто какие-то радостные переживания.
ЭКГ
Электрокардиография в умных часах работает иначе, чем оптический пульсометр. Для снятия ЭКГ требуется замкнутая электрическая цепь: один электрод находится на задней панели часов, а второй — на боковой кнопке или корпусе. Когда пользователь касается пальцем второй точки, устройство регистрирует электрические импульсы сердца, аналогично медицинскому аппарату ЭКГ, но с одним отведением (в клиниках используют 12).
ЭКГ в часах требует правильного использования: нужно сидеть неподвижно и правильно прикладывать палец к электроду
Такая ЭКГ не заменяет полноценное медицинское обследование, но может выявить:
- Фибрилляцию предсердий (мерцательную аритмию) — опасное состояние, повышающее риск инсульта.
- Тахикардию и брадикардию — слишком высокий или низкий пульс.
- Нарушения сердечного ритма, которые требуют консультации кардиолога.
Однако метод не диагностирует инфаркты, ишемию и другие сложные патологии. В целом же, функция полезная: данные за несколько месяцев показывают тенденции, важные для врача.
Измерение уровня кислорода в крови
Современные умные часы определяют насыщение крови кислородом (SpO?) с помощью пульсоксиметрии. В основе метода лежит способность гемоглобина по-разному поглощать световые волны в зависимости от насыщения кислородом.
Часы используют специальные светодиоды, излучающие красный и инфракрасный свет. Эти лучи проникают через кожу и отражаются от кровеносных сосудов. Кислородосодержащий гемоглобин (оксигемоглобин) поглощает больше инфракрасного излучения, тогда как восстановленный гемоглобин активнее поглощает красный свет. Датчик анализирует разницу в поглощении и вычисляет процентное содержание кислорода в крови.
Чем плотнее часы прилегают к запястью, тем точнее измерение. Если вы замерзли, имеете пигментацию кожи или татуировки в месте измерения, результат может искажаться.
При слишком низких значениях SpO? (ниже 90%) нужно перепроверить показания медицинским пульсоксиметром и проконсультироваться с врачом
В состоянии покоя погрешность обычно не превышает 2-3%, тогда как при активном движении может достигать 5% и более. Производители рекомендуют проводить несколько последовательных замеров для получения достоверного среднего значения.
Топовые модели умных часов показывают сопоставимую с медицинскими приборами точность при условии правильного использования.
Измерение температуры
Некоторые умные часы оснащены одним или двумя датчиками температуры тела. Зачем это нужно, если обычно такой датчик измеряет не внутреннюю температуру тела, а снимает данные с поверхности кожи? Дело в том, что он позволяет отслеживать изменения теплового состояния организма. Разумеется, повышение температуры может быть первым признаком инфекции или воспаления, а также некоторых неинфекционных заболеваний, которые влияют на температуру тела.
Но также температура тела естественным образом снижается ночью, и ее аномальные колебания могут указывать на проблемы со сном (бессонница, стресс, нарушение циркадных ритмов). Некоторые устройства используют данные о температуре для оценки качества восстановления после тренировок. Кроме того, изменения температуры помогают в прогнозировании овуляции и отслеживании менструального цикла.
В более продвинутых моделях имеются инфракрасные датчики — они используются для бесконтактного измерения температуры (например, при поднесении часов ко лбу). Но, в любом случае, холод, жара, пот искажают данные, и такой способ не заменит классические методы.
Самые популярные гаджеты, которые поддерживают измерение температуры: последние модели Apple Watch (мониторинг температуры ночью для отслеживания овуляции), некоторые часы Garmin вроде Venu 2 Plus, Fenix 7 (во время сна и тренировок), актуальные модели HUAWEI Watch и Honor Watch (для оценки стресса и восстановления).
Мониторинг сна
Для мониторинга сна в гаджетах обычно используются акселерометр и оптический пульсометр. Они отслеживают сон на основе движений пользователя и частоты сердечных сокращений. Так, акселерометр фиксирует движения тела во время сна. Если человек ворочается, это указывает на поверхностный сон (фаза REM или лёгкого сна), а отсутствие движений может означать глубокий сон. Пульсометр измеряет частоту сердечных сокращений.
Во время разных фаз сна пульс меняется:
- Глубокий сон – ЧСС замедляется, ритм стабильный.
- REM-фаза – пульс учащается, как при бодрствовании.
Некоторые модели задействуют датчик SpO?, который измеряет уровень насыщения крови кислородом. Снижение SpO? может указывать на апноэ (остановки дыхания во сне). Иногда можно использовать еще микрофоны и температурный датчик, чтобы определять силу, продолжительность и частоту эпизодов храпа, а также другие параметры сна.
Точность определения фаз сна в современных гаджетах может достигать 70-85%
Алгоритмы анализа сна работают по следующему принципу:
- Фиксация покоя – если устройство не определяет движений в течение какого-то времени, оно считает, что пользователь уснул.
- Анализ движений и пульса – комбинация данных с акселерометра и ЧСС-датчика позволяет определить фазы:
- Бодрствование – частые движения, высокий или нестабильный пульс.
- Лёгкий сон – редкие движения, постепенное снижение ЧСС.
- Глубокий сон – почти нет движений, низкий и стабильный пульс.
- REM-фаза – тело неподвижно, но пульс учащен (как при бодрствовании).
- Сбор дополнительных данных.
Точность измерений зависит модели устройства – более дорогие часы используют продвинутые алгоритмы. Кроме того, важно, чтобы ремешок плотно сидел на руке. Сравнение с медицинскими исследованиями (полисомнографией) показывает, что современные умные часы определяют фазы сна с точностью около 70–85%. Так что доверять данным можно, к тому же большинство моделей дают полезные рекомендации по улучшению качества сна.
Но нужно понимать, что смарт-часы показывают общую картину сна (время засыпания, пробуждения, примерное распределение фаз). А вот для серьезной диагностики нарушений сна (апноэ, бессонница) нужно обследование — медицинскую диагностику носимые гаджеты не заменят.
Измерение давления
Большинство умных часов используют метод на основе пульсовой волны — оптическую плетизмографию (PPG).
- Светодиоды просвечивают капилляры на запястье.
- Датчик анализирует форму и скорость пульсовой волны.
- Алгоритм пересчитывает эти данные в примерные значения давления.
Но в этом случае точность измерения артериального давления (АД) сильно зависит от плотности прилегания, температуры кожи и индивидуальных особенностей сосудов.
Некоторые модели, например, Omron HeartGuide и HUAWEI Watch D2, имеют встроенную манжету, которая надувается как у классического тонометра. В этом случае мы получаем более точные показания. Но такое устройство более громоздкое, да и стоит недешево. Также для измерений важно положение руки и неподвижность пользователя.
Носимые гаджеты хорошо подходят для контроля в течение дня – так удобнее, чем носить с собой манжету. Данные стоит перепроверять классическим тонометром, если обнаружен резкий скачок АД.
Измерение уровня глюкозы в крови
На сегодняшний день нет умных часов со встроенным глюкометром, способным напрямую измерять уровень глюкозы в крови без прокола кожи. Однако некоторые устройства могут косвенно отслеживать сахар или интегрироваться с внешними глюкометрами. Традиционные глюкометры требуют забора крови (прокола пальца) для анализа. В умных часах пока нет технологий, которые могли бы делать это точно и безболезненно. Оптические датчики (как в пульсометрах) не могут напрямую измерить глюкозу в капиллярах. Более того, даже медицинские неинвазивные глюкометры пока не получили массового одобрения.
Большинство часов, предлагающих измерение сахара в крови, ведут косвенный мониторинг через совместимые приложения, в которые пользователь вносит данные глюкометра, или датчики, закрепленные на руке или животе. Некоторые модели совместимы с системами непрерывного мониторинга глюкозы (CGMS). А, к примеру, девайсы наподобие Fitbit Sense изучают вариабельность сердечного ритма (ВСР) и температуру кожи, чтобы предупреждать о возможных скачках сахара. То есть все эти гаджеты не заменяют глюкометр, но могут помочь в отслеживании опасных тенденций.
Среди перспективных методов — лазерный анализ (спектроскопия) и электромагнитные датчики. Но пока неинвазивные методы вообще не одобрены даже для медицинского применения.
Подводим итоги
Таким образом, современные гаджеты точнее всего измеряют пульс и уровень кислорода в крови, а также неплохо отслеживают показатели сна. Их можно использовать для того, чтобы следить за здоровьем и вовремя показаться врачу, например, при выявлении апноэ, мерцательной аритмии или высокого давления. НО делать выводы на основании рекомендаций умных часов не стоит — многие данные лучше перепроверить при помощи медицинского оборудования, а то и показаться врачу.
Поделиться
