Как это работает? | Портативный пульсометр

Пульсометр — это устройство для мониторинга частоты сердечных сокращений в реальном времени. Электрическая активность сердца была открыта в конце 19 века, а в 1902 году Виллем Эйнтховен стал первым, кто ее технически зарегистрировал с помощью струнного гальванометра и записал первую электрокардиограмму. Первый беспроводной ЭКГ-монитор сердечного ритма был изобретен в 1977 году в качестве учебного пособия для Финской национальной лыжной сборной. Розничная продажа персональных сердечных мониторов началась с 1983 года. В настоящее время пульсометры нашли широкое применение во всевозможных носимых устройствах: умных браслетах и часах. Как же работает современный пульсометр — об этом в сегодняшнем выпуске!

Наиболее распространенным способом измерения пульса носимыми устройствами является оптическая или фотоплетизмография. Впервые эта технология была реализована в часах Mio Alpha, которые оснащались измерительным датчиком компании Philips.

Оптическая плетизмография основана на измерении пульса человека с использованием датчика и специальных светодиодов. Оптический сенсор на обратной стороне браслета или часов излучает свет на запястье с помощью светодиодов, который поглощается тканями организма, в том числе кровью. При этом кровь поглощает больше света, чем, например, кожный покров. Изменение количества крови в сосудах сказывается на уровне поглощения света, что и фиксируется датчиком. А специальный алгоритм на основе полученных данных определяет частоту сердечного ритма.

Как правило, для измерения пульса используются зеленые светодиоды. Дело в том, что, будучи красной, кровь отражает красный цвет и поглощает зеленый. Для измерения пульса необходимо максимальное поглощение: а именно свет с длиной волны от 500 до 600 нанометров. Зеленый цвет соответствует 510-550 нанометрам.

Оптические датчики довольно точно определяют пульс при ходьбе и беге, однако при существенном повышении частоты пульса, например, до 160 ударов в минуту, кровь начинает проходить через область датчика слишком быстро, что сказывается на точности измерений. Еще одним фактором, снижающим достоверность результатов, может стать снижение кровотока в холодную погоду.

Довольно новым и еще не получившим популярность у инженеров является способ механического измерения пульса с помощью пьезоэлектрического датчика давления. Данный принцип реализован в браслете HealBe Go. На датчик работает вся конструкция устройства: ремешок обеспечивает растягивающее усилие на краях пьезодатчика, а корпус браслета придает необходимую жесткость и опору.

Также существуют концепты гибких датчиков для измерения пульса на основе золотых нанотрубок. Два датчика фиксируются на коже в районе запястья и шеи и регистрируют пульсовые волны. А затем по сдвигу фаз между сигналами вычисляется относительная скорость пульсовой волны между артерией на шеи и артерией на запястье. В настоящее время ученые развивают данную технологию, и вполне возможно, что в ближайшем будущем мы увидим совершенно новые датчики-пульсометры.