Πώς τα smartwatches και τα wearables μετρούν τα ζωτικά σημεία

Από τότε που κυκλοφόρησε το πρώτο Fitbit, οι ιχνηλάτες γυμναστικής κατέχουν μια θέση στον κόσμο της τεχνολογίας. Παρόλο που δεν ήταν ο πρώτος ιχνηλάτης φυσικής κατάστασης από μακριά, είναι αυτός που έθεσε τα θεμέλια για τα δισεκατομμύρια δολάρια που παράγουν σήμερα τα φορητά fitness.

Σε αντίθεση με εκείνο το πρώτο Fitbit (το οποίο μετρούσε μόνο βήματα), τα σημερινά προγράμματα παρακολούθησης φυσικής κατάστασης και τα κορυφαία

smartwatches

υπολογίζουν τον καρδιακό ρυθμό, τον κορεσμό του οξυγόνου του αίματος, τον αναπνευστικό ρυθμό και τη σύσταση του σώματος. Και αναμφίβολα θα έρθουν περισσότερες μετρήσεις υγείας στο εγγύς μέλλον. Αλλά δεδομένου ότι αυτά τα wearables καταλαμβάνουν όλο και μικρότερους παράγοντες μορφής, πώς καταφέρνουν να συλλέξουν τόσα πολλά δεδομένα;

Πώς οι ιχνηλάτες γυμναστικής και τα έξυπνα ρολόγια μετρούν τον καρδιακό ρυθμό

Στο ελάχιστο, οι σημερινοί ιχνηλάτες φυσικής κατάστασης πρέπει να μπορούν να παρακολουθούν τον καρδιακό σας ρυθμό. Όσον αφορά τις μετρήσεις υγείας, είναι μία από τις πιο βασικές — και λίγες άλλες μετρήσεις παρέχουν τόση άμεση χρησιμότητα. Ο καρδιακός σας ρυθμός ενημερώνεται άμεσα από την ένταση της άσκησής σας και μπορεί να σας βοηθήσει να βελτιστοποιήσετε την προπόνησή σας για να πετύχετε τους στόχους σας. Ο καρδιακός σας ρυθμός ηρεμίας μπορεί επίσης να ενημερωθεί από τη γενική υγεία σας (γενικά, χαμηλότερος είναι καλύτερος).

Πηγή: Polar

Φωτοπληθυσμογραφία

Πώς λοιπόν το έξυπνο

ρολόι

σας μετράει τον καρδιακό σας ρυθμό όλη μέρα σε τόσο μικροσκοπικό παράγοντα μορφής, όλες τις μέρες χωρίς χρέωση; Τα περισσότερα έξυπνα ρολόγια χρησιμοποιούν μια τεχνική που ονομάζεται φωτοπληθυσμογραφία. Βασικά, χρησιμοποιεί φως (φωτογραφία) για να καταγράψει (γραφικά) αλλαγές στον όγκο (πληθυσμό) των αιμοφόρων αγγείων σας. Τα περισσότερα smartwatches το επιτυγχάνουν αυτό με ένα πράσινο LED και έναν φωτοανιχνευτή.

Το πράσινο φως φωτίζει το δέρμα, τον ιστό και τα υποκείμενα αιμοφόρα αγγεία, ενώ ο φωτοανιχνευτής μετρά μικρές αλλαγές στο ανακλώμενο φως. Καθώς τα αιμοφόρα αγγεία διαστέλλονται και γεμίζουν με αίμα, απορροφούν περισσότερο πράσινο φως. καθώς συστέλλονται, αντανακλούν περισσότερο πράσινο φως. Αυτές οι διακυμάνσεις δημιουργούν ένα κύμα που ονομάζεται φωτοπληθυσμογράφημα (PPG), οι κορυφές και τα κατώτατα σημεία του οποίου δείχνουν τον καρδιακό σας ρυθμό. Το πράσινο φως χρησιμοποιείται επειδή δεν διεισδύει στο δέρμα τόσο βαθιά όσο το κόκκινο και το υπέρυθρο φως (που χρησιμοποιείται στα παλμικά οξύμετρα) και παρέχει ένα πιο σταθερό κύμα PPG σε όλα τα επίπεδα θερμοκρασίας.

Ηλεκτροκαρδιογραφία

Το χρυσό πρότυπο για τη μη επεμβατική μέτρηση της καρδιάς είναι το ηλεκτροκαρδιογράφημα (ΗΚΓ, γνωστό και με τη γερμανική συντομογραφία του, EKG). Αν και τα φορητά ΗΚΓ υπάρχουν εδώ και δεκαετίες, είναι διαθέσιμα μόνο σε smartwatches από το 2018.

Τα ΗΚΓ μετρούν την ηλεκτρική δραστηριότητα της καρδιάς σας συλλέγοντας δεδομένα μέσω ηλεκτροδίων που είναι προσαρτημένα στο δέρμα. Αυτά τα ηλεκτρόδια παίρνουν τα λεπτά ηλεκτρικά σήματα της συστολής και της χαλάρωσης της καρδιάς καθώς διαδίδονται σε όλο το σώμα. Ενώ τα νοσοκομειακά ΗΚΓ χρησιμοποιούν συνήθως 10 ηλεκτρόδια, συσκευές όπως το Google Pixel Watch χρησιμοποιούν μόνο δύο.

Πώς μετρούν τα

fitness trackers

τον κορεσμό του αίματος σε οξυγόνο

Ο κορεσμός του αίματος με οξυγόνο (

SpO2

) προσγειώθηκε στη συνείδηση ​​του κοινού το 2020 όταν ο COVID άρχισε να κυριαρχεί στις ειδήσεις. Από τότε, σχεδόν κάθε έξυπνο ρολόι και πρόγραμμα παρακολούθησης φυσικής κατάστασης έχει συμπεριλάβει την τεχνολογία για την καταγραφή του. Αν και το να γνωρίζετε το SpO2 σας μπορεί να προσφέρει πληροφορίες για την υγεία σας, δεν είναι τόσο άμεσα χρήσιμο για τη φυσική σας κατάσταση όσο το να γνωρίζετε τον καρδιακό σας ρυθμό.

Όπως και με τους καρδιακούς παλμούς, οι ιχνηλάτες γυμναστικής χρησιμοποιούν τεχνολογία PPG για τον υπολογισμό του SpO2. Για να καταλάβετε πώς επιτυγχάνεται αυτό, πρέπει να καταλάβετε με μεγαλύτερη ακρίβεια τι είναι το SpO2: η αναλογία της φορτισμένης με οξυγόνο αιμοσφαιρίνης (HbO2) προς την ολική αιμοσφαιρίνη (Hb).

Για να βρεθεί αυτή η αναλογία, τα έξυπνα ρολόγια και οι ιχνηλάτες γυμναστικής παράγουν ένα κύμα PPG από δύο LED, το ένα κόκκινο και το άλλο υπέρυθρο. Το HbO2 είναι καλός ανακλαστήρας του κόκκινου φωτός, αλλά όχι του υπέρυθρου. Η Hb χωρίς οξυγόνο είναι το αντίθετο, είναι καλός ανακλαστήρας του υπέρυθρου φωτός, αλλά όχι του κόκκινου. Συγκρίνοντας την ένταση αυτών των δύο σημάτων, μπορεί να εκτιμηθεί το SpO2.

Πώς τα fitness trackers και τα wearables μετρούν το σωματικό λίπος

Οι ιχνηλάτες γυμναστικής που μετρούν τη σύσταση του σώματος άρχισαν να εμφανίζονται για πρώτη φορά γύρω στο 2020, αλλά η τεχνολογία πίσω από αυτά μόλις αρχίζει να έρχεται στο κοινό. Τα έξυπνα ρολόγια, όπως το Samsung Galaxy Watch 5, υπολογίζουν το ποσοστό σωματικού λίπους (και τη συνολική σύσταση του σώματος) μέσω μιας τεχνικής που ονομάζεται ανάλυση βιοηλεκτρικής αντίστασης (BIA). Οι συσκευές που φοριούνται στον καρπό που χρησιμοποιούν BIA στέλνουν ηλεκτρικό ρεύμα μέσω των βραχιόνων και μετρούν τη διαφορά στο ηλεκτρικό σήμα και στα δύο άκρα.

Επειδή το νερό είναι ο κύριος αγωγός του ηλεκτρισμού στο σώμα, το BIA δίνει ουσιαστικά μια εκτίμηση (με βάση το ύψος, το βάρος και το φύλο σας) του συνολικού όγκου νερού στο σώμα. Το μεγαλύτερο μέρος του νερού του σώματός μας υπάρχει στο αίμα, στους μύες και στα όργανά μας. πολύ λίγο από αυτό βρίσκεται στις αποθήκες λίπους μας. Γενικά, περίπου το 73% του νερού μας υπάρχει στην απαλλαγμένη από λίπος μάζα του σώματός μας. Αφαιρώντας αυτή τη μάζα χωρίς λίπος από το συνολικό σωματικό μας βάρος, μπορούμε να κάνουμε μια λογική εκτίμηση του ποσοστού λίπους στο σώμα μας.

Πηγή: Public Domain

Πώς μετρούν τα fitness trackers τη θερμοκρασία του δέρματος

Η θερμοκρασία του δέρματος γίνεται ένα πιο περιζήτητο

χαρακτηριστικό

στους ιχνηλάτες φυσικής κατάστασης, ειδικά για τις γυναίκες που παρακολουθούν τους κύκλους ωορρηξίας τους. Οι ιχνηλάτες γυμναστικής μετρούν τη θερμοκρασία του δέρματος χρησιμοποιώντας υπέρυθρα θερμόμετρα που χρησιμοποιούν έναν συνδυασμό θερμοπίλης και θερμίστορ.

Οι θερμοπίλες είναι ηλεκτρικές συσκευές που παράγουν ρεύμα με βάση τις διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ δύο μετάλλων. Η υπέρυθρη ακτινοβολία (θερμότητα) εστιάζεται στη μία πλευρά του θερμοστοιχείου και η ποσότητα του ρεύματος που παράγει καθορίζεται από τη διαφορά θερμοκρασίας. Δεδομένου ότι αυτό αποκαλύπτει μόνο μια σχετική διαφορά στη θερμοκρασία, χρησιμοποιείται ένα θερμίστορ για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας περιβάλλοντος του μη θερμανθέντος μετάλλου στο θερμοστοιχείο. Τα θερμίστορ είναι ηλεκτρικές αντιστάσεις των οποίων η αντίσταση αλλάζει ανάλογα με τη θερμοκρασία.

Πώς οι ιχνηλάτες γυμναστικής και τα έξυπνα ρολόγια μετρούν τα βήματα

Η καταμέτρηση βημάτων είναι το θεμέλιο πάνω στο οποίο χτίζεται η σύγχρονη βιομηχανία ιχνηλάτησης φυσικής κατάστασης. Σε αντίθεση με ορισμένες από τις άλλες τεχνολογίες για τις οποίες έχουμε μιλήσει μέχρι στιγμής, η καταμέτρηση βημάτων είναι κάτι ασήμαντο. Μέσα σε σχεδόν κάθε ιχνηλάτη γυμναστικής, έξυπνο ρολόι και smartphone υπάρχει ένα επιταχυνσιόμετρο 3 αξόνων, μια ηλεκτρική συσκευή που μπορεί να μετρήσει τις αλλαγές στην ταχύτητα που πηγαίνουν πάνω και κάτω, εμπρός και πίσω, και αριστερά και δεξιά. Αναλύοντας τις κορυφές και τα κατώτατα σημεία των δεδομένων του επιταχυνσιόμετρου και συγκρίνοντάς τα με τα γνωστά μοτίβα του ανθρώπινου βαδίσματος, ο αριθμός των βημάτων που γίνονται μπορεί να προσεγγιστεί σε μεγάλο βαθμό.

Πού στο επόμενο

Οι περισσότερες από τις μετρήσεις που μετρούν σήμερα τα smart wearables έχουν γίνει κοινές και προσιτές μόλις πρόσφατα. Υπάρχουν ακόμη ορισμένες μετρήσεις που οι κατασκευαστές συσκευών ονειρεύονται να διαθέσουν στους καταναλωτές, όπως η αρτηριακή πίεση και τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα, τα οποία είναι ήδη στον ορίζοντα. Και δεδομένης της αυξανόμενης δημοτικότητας των fitness trackers και των smartwatches (και των αυξανόμενων εσόδων που δημιουργούν), μπορείτε να είστε σίγουροι ότι οι κατασκευαστές θα συνεχίσουν να καινοτομούν και να μας δίνουν όλο και περισσότερες πληροφορίες για την υγεία μας.