Как часы Apple Watch измеряют сатурацию кислорода, ЭКГ и пульс
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 smart 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.
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.
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.
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.
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.
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.
Если часы показывают вам 96%, 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 умных 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.
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 показаний смарт 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.
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.
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?
- 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.
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.
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:
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.
Аккумулятор на 296 миллиампер часов, вибромотор Taptic Engine, шлейф кнопки с микрофоном и сервисным разъемом, динамик с защитой от влаги.
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.
Не особо старался сохранить поэтому основа катушки треснула при демонтаже, если нагреть предварительно, то можно снять более аккуратно.
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.
От 400 до 850 долларов. Названа стоимость всех версий умных часов Apple Watch Series 7
Ожидается, что сегодня Apple откроет предзаказ на умные часы Watch Series 7, а официальные продажи стартуют 15 октября. Насколько популярной окажется новинка, станет известно через несколько недель, но прицениться к Apple Watch Series 7 можно уже прямо сейчас: источник привёл стоимость всех версий умных часов.
Выглядит прайс-лист следующим образом (цены указаны для рынка США):
- 41 мм, алюминиевый корпус, GPS — 400 долларов;
- 45 мм, алюминиевый корпус, GPS — 430 долларов;
- 41 мм, алюминиевый корпус, GPS и сотовая связь — 500 долларов;
- 45 мм, алюминиевый корпус, GPS и сотовая связь — 530 долларов;
- 41 мм, корпус из нержавеющей стали, спортивный ремешок, GPS и сотовая связь — 700 долларов;
- 45 мм, корпус из нержавеющей стали, спортивный ремешок, GPS и сотовая связь — 750 долларов;
- 41 мм, корпус из нержавеющей стали, металлический браслет, GPS и сотовая связь — 750 долларов;
- 45 мм корпус из нержавеющей стали, металлический браслет, GPS и сотовая связь — 800 долларов;
- 41 мм, титановый корпус, GPS и сотовая связь — 800 долларов;
- 45 мм, титановый корпус, GPS и сотовая связь — 850 долларов;
- 41 мм, версия Nike с GPS — 400 долларов;
- 45 мм, версия Nike с GPS — 430 долларов;
- 41 мм, версия Nike с GPS и сотовой связью — 500 долларов;
- 45 мм, версия Nike c GPS и сотовой связью — 530 долларов.
Фитнес-браслеты и точность измерений. Или почему у туалетной бумаги есть пульс?
В конце 2018 года интернет немножко всколыхнула волна разоблачений фитнес-трекеров, которые без зазрения совести определяли пульс у туалетной бумаги, бананов и других предметов. Причем, речь шла не только о самых дешевых китайских поделках, но и очень дорогих устройствах, включая Apple Watch и Samsung Galaxy Watch.
Множество роликов на YouTube и в соцсетях вызывали бурную реакцию у зрителей. Кто-то просто разочаровывался в носимых гаджетах, другие быстро сообразили, что все это время, оказывается, производители их обманывали, отображая случайные цифры, не имеющие никакого отношения к реальному пульсу.
Я уже давно хотел написать об этом отдельный материал, но руки все как-то не доходили. И вот на днях одна знакомая сделала репост в Facebook очередного разоблачения, на котором хорошо видно, как фитнес-трекер зафиксировал повышенное сердцебиение у туалетной бумаги! Естественно, это снова вызвало ожидаемую реакцию — сотни насмешек вперемешку с праведным гневом.
Неужели фитнес-трекеры и в самом деле показывают случайные цифры вместо пульса? А может у туалетной бумаги действительно есть сердце!?
Если вам интересно узнать ответ только на этот вопрос, можете сразу перелистывать статью в самый конец, а для всех остальных я расскажу о том, как вообще трекеры измеряют пульс, могут ли они измерять артериальное давление и почему не делают этого.
Надеюсь, после прочтения этой статьи вы узнаете много нового и интересного о фитнес-браслетах!
Как фитнес-браслеты и умные часы определяют пульс?
Все мы прекрасно понимаем, что у этих устройств нет маленьких ушей, которые бы прослушивали сердечный ритм или пальчиков, которые бы могли прощупать пульс.
Вместо этого они используют небольшие лампочки (светодиоды), излучающие свет определенной волны и один фотодиод (грубо говоря, миниатюрную фотокамеру).
Принцип работы такого устройства до безобразия прост! Лампочка импульсами подает свет, который проходит сквозь кожу, рассеиваясь и поглощаясь кровью и тканями. Оставшийся свет отражается от кости и возвращается назад, попадая на фотодиод:
И как, спросите вы, с помощью всего этого можно определить пульс? На самом деле, таким образом можно определить не только пульс, но и узнать много другой полезной информации о работе сердца и других органов.
Дело в том, что степень поглощения света зависит от количества крови в сосудах. Чем больше крови — тем больше света будет поглощено, соответственно, тем меньше света вернется на сенсор браслета.
Так вот, количество крови в сосудах постоянно меняется. При сокращении сердце перекачивает кровь, повышая давление в сосудах и расширяя их. А когда сердечная мышца расслабляется, давление снижается и сосуды сужаются. Таким образом, появляются пульсовые волны. То есть, кровь по артериям распространяется будто волны, то усиливаясь, то затухая. Именно эти волны мы и привыкли видеть на всевозможных графиках пульса:
Получается, подавая световые импульсы с высокой частотой, а затем анализируя отраженный свет, мы можем, по сути, регистрировать объем крови в сосудах каждую долю секунды. И соответственно, рисовать пульсовые волны.
Такой метод называется PPG (фотоплетизмограмма) и используется он во всех без исключения фитнес-браслетах и умных часах. Но, как я уже сказал выше, этим способом можно определить не только пульс. В идеале, фотоплетизмограмма способна показать следующую информацию:
- Пульс
- Вариабельность сердечного ритма
- Уровень кислорода в крови
- Максимальное потребление кислорода (VO2max)
- Частоту дыхания
- Артериальное давление
По большому счету, анализируя только фотоплетизмограмму, снятую при помощи лампочек и фотодиода, можно даже определять наличие некоторых заболеваний, вроде атеросклероза или сахарного диабета. Например, при атеросклерозе увеличивается интервал между началом волны и максимальным расширением сосуда, а также сама вершина на графике смещается немножко в сторону:
При сахарном диабете на графике исчезает дикротический зубец или, проще говоря, небольшой подъем волны, который должен следовать сразу после спада основной волны. График становится острым и рваным:
И да, с помощью обычного фитнес-трекера можно измерять даже артериальное давление — то, для чего обычно используется специальный прибор с манжетой (сфигмоманометр или, как его чаще называют, тонометр).
Чтобы проще было все это понять, приведу пример идеальной фотоплетизмограммы (вернее, пульсовой волны), на которой отмечены основные показатели:
Конечно, всё не так просто и прямолинейно, однако, имея только пульсовую волну, полученную с помощью лампочек и фотодиода, можно действительно определить множество важных показателей.
Так почему же тогда фитнес-браслеты до сих пор еще не заменили специализированные медицинские приборы? И почему ни один популярный фитнес-трекер не измеряет, например, артериальное давление?
Несколько слов о точности измерений
В интернете сложился стереотип, будто фитнес-трекеры — это побрякушка, которой вообще нельзя доверять. Случилось это не на пустом месте. Лет 10 назад, когда эти устройства только стали появляться на рынке, многие пользователи и профессиональные обозреватели на личном опыте убедились, насколько неточными являются полученные результаты.
Как уже было сказано выше, принцип работы PPG очень прост. Также и анализ пульсовой волны не является чем-то сверхсложным. Но проблема заключается именно в получении той самой пульсовой волны с помощью PPG-датчика.
Мы рассматривали лишь теорию, идеальные сценарии. А на практике вместо линий пульсовой волны браслет получает крайне зашумленный сигнал. Найти среди этого шума нужную нам информацию — невероятно сложная задача.
Среди основных источников помех можно отметить следующие:
- Внешнее освещение от солнца или ламп. Часть такого света может попадать на фотодиод, внося искажения.
- Помехи, связанные с движением. Это один из главных источников помех, с которым раньше не справлялся ни один трекер, поэтому и рекомендовалось замерять пульс только в состоянии покоя. Возможно, вы не раз сталкивались с такой проблемой: при ходьбе пульс определяется нормально, но как только начинаете пробежку, пульс медленно поднимается, а затем подскакивает вверх и держится на высоком уровне. Реальный пульс не превышает 110 ударов, а на браслете отображается 160. Просто датчик теряет пульсовую волну и цепляется за другой ритмичный сигнал, вызываемый шагами. Как результат, вместо пульса 110 ударов/минуту браслет начинает отображать 160 шагов/минуту, выдавая это за пульс.
- Цвет кожи, татуировки, волосы, загар. Все это также оказывает определенное влияние на поглощение и отражение света, излучаемого светодиодами. Например, чем темнее кожа, тем сильнее она поглощает зеленый свет.
- Расположение датчика. По иронии судьбы, именно запястье является одним из худших расположений для получения точной фотоплетизмограммы. Здесь очень много источников оптического шума (мышцы, сухожилия, кости).
Среди всего этого шума и помех очень тяжело выделить пульсовую волну. Само движение может внести столько шума, что лишь одна тысячная доля света, собранная сенсором, будет содержать фактические данные о пульсе, а все остальное — бесполезный сигнал.
Тем не менее, современные фитнес-браслеты сегодня выдают очень неплохой результат. Делая обзоры на последние модели смарт-часов от Apple, Samsung или Huawei, во время занятий на беговой дорожке я не увидел заметной разницы между их показаниями и данными нагрудного датчика.
У меня нет на руках самых последних научных исследований в этой области, но даже те исследования, что проводились несколько лет назад, подтверждают просто феноменальную точность фитнес-трекеров. К примеру, в исследовании за 2017 год, опубликованном в журнале Journal of Personalized Medicine, говорится о том, что фитнес-браслеты и смарт-часы определяют пульс во время занятий на велотренажере с погрешностью от 0.9 до 2.7%! Примерно такая же ситуация обстоит и с бегом, ходьбой или просто в состоянии покоя:
На этом графике только одно устройство (Basis Peak — на графике зеленым цветом) показывает очень большую погрешность во время ходьбы. Все остальные практически полностью совпадают с показаниями электрокардиограммы. Стоит отметить, что в этом исследовании приняло участие 60 человек разного возраста, роста, веса, цвета кожи и уровня физической активности.
В скором времени трекеры начнут измерять и артериальное давление без какой-либо дополнительной калибровки с использованием тонометра. Первые устройства должны появиться на рынке уже в этом году, так как сама технология прошла успешные испытания и полностью соответствует стандарту ISO 81060-2:2018.
Все дело в том, что за последние 5 лет улучшились не только точность и количество самих датчиков, но и заметно возросло качество алгоритмов. В частности, машинное обучение и нейросети, совершающие революцию в области мобильной фотографии, добрались и до фитнес-трекеров.
Браслеты очень активно используют показания акселерометра и гироскопа, чтобы точно фиксировать любое движение и вычитать создаваемый таким образом шум из общего сигнала.
Огромную роль в «очистке» сигнала от шума играет машинное обучение. Производители проводят целый ряд замеров одновременно браслетом и нагрудным датчиком в состоянии покоя, а также во время занятий спортом. Затем эти данные загружаются в нейросеть и искусственный интеллект, анализируя показания электрокардиограммы, пытается увидеть закономерности в фотоплетизмограмме, полученной с PGG-датчика. Таким образом, нейросеть учится (довольно успешно) выделять из зашумленного набора данных нужный сигнал — пульсовую волну.
Поэтому не стоит пренебрежительно относиться к этим устройствам. Новые браслеты и часы будут все точнее определять жизненно важные показатели, научатся измерять давление и даже предупреждать о возможных проблемах со здоровьем. И этот прогресс происходит на наших глазах.
Но все же, что делать с туалетной бумагой?
Почему фитнес-браслеты определяют пульс у туалетной бумаги, бананов или колбасы?
Если вы полностью прочитали эту статью, то понимаете, что браслет не работает с пульсом, как таковым. Он лишь анализирует свет, излучаемый светодиодом и попадающий на сенсор.
Когда мы прикладываем некоторые фитнес-браслеты к туалетной бумаге, банану или любому другому предмету, они могут продолжать работать в штатном режиме.
Свет, излучаемый зеленой лампочкой, проходит сквозь бумагу, часть его рассеивается, часть отражается и возвращается на датчик. В зависимости от предмета, уровень поглощения или отражения света может отличаться. Это не имеет большого значения. Важно лишь то, что в итоге определенное количество света все же вернется и попадет на фотодиод.
Затем устройство попытается среди всего шума (а по сути, весь свет в этом случае и будет шумом) найти хоть какой-то циклический ритмичный сигнал, напоминающий пульсацию крови. Здесь во внимание берется всё, начиная от мерцающей в комнате лампочки и заканчивая микро-вибрациями от бытовой техники или рук. Буквально всё, что может хоть отдаленно напоминать ритмичный сигнал, будет многократно усилено и интерпретировано, как пульс.
Значит ли это, что показаниям фитнес-браслетов нельзя доверять? Конечно же, нет! Как только вы наденете браслет на руку, он моментально поймает реальную пульсовую волну и с высокой точностью определит ваш пульс.
Алексей, главный редактор Deep-Review (alexeysalo@gmail.com)
P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на наш научно-популярный сайт о мобильных технологиях, чтобы не пропустить самое интересное!
Если вам понравилась эта статья, присоединяйтесь к нам на Patreon — там еще интересней!
Как бы вы оценили эту статью?
Нажмите на звездочку для оценки
Внизу страницы есть комментарии.
Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!
Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?
Устройства для ЗОЖ. Где правда, а где ложь?
Насколько врут умные часы и другие гаджеты для подсчета пульса, калорий, давления, шагов, жира и прочего?
Сегодня умные устройства выдают массу полезной информации: считают калории, пройденные шаги, замеряют физическую активность и контролируют сон. Некоторые гаджеты включают опции медицинских приборов: измеряют пульс и давление, содержание кислорода в крови, делают ЭКГ, вычисляют проценты жира в организме. Насколько им можно верить? Мы спросили об этом эксперта, через руки которого проходят сотни устройств в год. Рассказывает Эльдар Муртазин — ведущий аналитик компании Mobile Research Group.
Насколько это научные измерения?
На сегодняшний день существует два подхода к этому вопросу: научный и подход рынка электроники. Научный подход тоже вызывает определенные вопросы, потому что, когда разрабатывались методики, больших баз данных не существовало и очень многие вещи, которые считаются незыблемыми, не имеют вообще никакой научной основы. Приведу пример: с появлением шагомеров, которые впервые стали выпускаться в Японии и представляли собой маленькую электронную коробочку под названием «педометр», возник и норматив шагов. Научного обоснования, сколько должен ходить человек, не было, но один из японских ученых посчитал, что это должно быть минимум 10 000 шагов в день. Почему это число, никто не знает. Но цифра прижилась на рынке, и сегодня по умолчанию большинство производителей выставляют эту норму. Без всяких научных обоснований. Примерно то же самое нужно понимать про любую электронику, которая сертифицирована с точки зрения регулятора. Регулятором является министерство здравоохранения любой страны. Если ваше устройство является медицинским, должны быть проведены клинические испытания и только после этого оно может использоваться для измерения тех или иных данных. Например, когда вы покупаете ртутный термометр, он проходит сертификацию, во время которой проверяется, насколько правильно он показывает температуру. Если измерения укладываются в определенную погрешность (до полуградуса), то вы получаете сертификат. В чем проблема с носимой электроникой, которую делают не для медицинских учреждений? Считается, что это не жизненно важные показатели. Так как прибор не медицинский, они могут быть любыми. Например, средняя погрешность пульсометра в умных часах составляет 30%. С шагомерами тоже нужно понимать, что не все компании одинаково полезны и хороши. У крупных брендов, таких как Samsung, Apple, Huawei, точность шагомеров высока. Если же мы берем какие-то китайские неизвестные компании, там может быть все что угодно. Приложения для здоровья на телефон даже от крупных компаний — это не истина в последней инстанции. Приложения для телефона — это вообще шляпа. Отдельное устройство работает всегда лучше, чем любое приложение, которое вы можете скачать.
Есть ли пульс у колбасы?
Иногда люди пытаются проверить свои приборы и надевают шагомер, например, на картошку. В Сети есть видео, показывающее, как на батон колбасы надевают умные часы и они измеряют пульс. Это выглядит совершенно дико — измерять пульс у колбасы! Люди не понимают, что это не работа прибора. Производители так задумали: если в какой-то момент пульс не измеряется, но прибор находится на руке или предмете, который определяется как рука, то он показывает последнее измерительное значение. Почему так? Потому что люди не любят, когда что-то ломается или не показывает ничего. Есть ряд производителей, которые изначально пришли с научным подходом. В прошлом они создавали беговые мини-компьютеры, похожие на часы, которые измеряли множество параметров и определяли характер бега. Измерение пульса велось через нагрудный датчик — ничего более точного человечество до сих пор не придумало. Это высочайшая точность измерений, очень маленькая погрешность. Поэтому можно доверять компаниям, которые изначально ориентируются на спортсменов, но их устройства стоят достаточно дорого. Например, часы от Suunto. Выглядят они как умные часы, но это в первую очередь беговой компьютер. Они специализированные и не выходят для широкого круга. Условно говоря, беговой компьютер от Garmin нельзя применять для игры в гольф — он ничего считать не будет. А компьютер для гольфистов заточен только на гольфистов. И это не то устройство, которое вы носите везде повседневно. Оно хотя и показывает время, но создано для тренировок. Обыкновенные умные часы — это устройство, которое умеет всего понемногу, но каждое умение, как правило, не очень глубокое, поверхностное. Вроде как измеряет пульс, но с погрешностями. Вроде как может измерять давление, но методика расчета такова, что точность оставляет желать лучшего. Однажды мы проверяли точность измерения давления: мерили тонометром и тут же — часами. Погрешность часов оказалась 20%. В какой-то момент часы показали у меня давление 200 на 100, но, как вы понимаете, с таким давлением я должен лежать пластом и чувствовать себя очень плохо. Можно ли показанное давление принимать как точку отсчета? Наверное, нет. Умные устройства для здоровья хороши для тех, кто следит за своим здоровьем, но при этом не фанатеет и не является профессиональным спортсменом, а просто интересуется: был я сегодня активен или много лежал на диване? Точность здесь не играет роли, а как оценочный параметр такие измерения вполне корректны. Другое дело, если вы плохо себя чувствуете и хотите измерить давление с помощью умных часов — тогда это плохая идея. Если вы на основании этих данных примете лекарства от давления, когда у вас его нет, вы загоните его вниз или вверх — и это критично. В данном случае вам нужен обычный тонометр. Нельзя доверять немедицинским гаджетам.
Это просто игрушка!
Два года назад Apple Watch добавили измерение ЭКГ. И вот история, рассказанная моим хорошим товарищем. Он купил такие часы своему 65-летнему отцу. Заменил свой iPhone, потому что без него эти часы бесполезны. В какой-то момент ему пришло автоматическое оповещение о том, что вашему родственнику плохо, он при смерти. Система посчитала, что у человека предынфарктное состояние. Мой друг стал звонить отцу, но не мог дозвониться. В шоковом состоянии он бросил все дела на работе и помчался через полгорода спасать своего отца. Дело было в Лос-Анджелесе. Когда он приехал, отец сидел в саду и читал книжку. Часы были у него на руке, ничего не происходило. Они вызывали врача, и врач, проведя обычное ЭКГ, сказал: «Нет никаких предпосылок для беспокойства». Далее можно сделать вывод о том, что ошибочное срабатывание на данный момент — в порядке вещей. Я привел лишь один случай, но таких случаев много. Разумеется, производители стараются об этом не говорить. В инструкции они предупреждают, что это не медицинский прибор и нужно обращаться к врачу при проблемах со здоровьем. Многие пользователи электроники не понимают простую вещь. Разработчики отлично знают, что у них неточные датчики, неточные методы измерения и, когда видят, что давление выходит за допустимые значения (нижняя граница, например, 50, а высшая — 200), просто отсекают эти результаты. Более того, само измерение должно проходить в неких искусственных условиях, когда вы сидите, у вас вытянуты руки, вы не шевелитесь, постоянно измерять нельзя. Так что на данный момент это все в какой-то мере игрушка. Сейчас в России появятся часы Galaxy Watch3 от Samsung, которые снимают ЭКГ, умеют измерять давление (также измеряют уровень кислорода в крови, согласно инструкции. — Прим. ред.) — они более-менее хорошо это умеют делать, но все равно погрешность высока. Поэтому все призывают, но пользователи этого не слышат: «Ребята, это просто оценочное суждение того, что с вами происходит. Мы можем определить какие-то пограничные, опасные состояния (предынфарктное, например), но мы не можем гарантировать на 100%, что оно существует».
Тогда зачем все эти функции ЗОЖ?
Переместимся немного в прошлое. Когда появились шагомеры (сначала в телефонах, потом в часах), они не были очень точными. Вы могли ехать на машине по ухабистой дороге, и шагомер считал ваши шаги, как будто вы идете пешком. Или у меня было так: заходишь в метро и проезжаешь по кольцевой несколько станций, а шагомер пишет, что я за 15 минут пробежал 15 км. Понятно, что это идиотизм, просто прибор реагирует на тряску. Что сделали компании? И почему не надо бояться того, что сейчас эти приборы работают плохо?
Компании создали огромный массив данных — о миллионах людей по всему миру. Эти данные они пропустили через системы анализа и дальше смогли выделить разные виды типичной активности
Вот, например, когда вы едете на велосипеде, у вас определенная скорость и специфический паттерн движений. У каждого человека есть особенности походки, и их, как ни странно, ваш телефон может воспринимать. Вы не видите этих данных, а компания их получает. Другой вопрос — кто-то обрабатывает информацию, а кто-то нет. Определенные алгоритмы позволяют выделить разные виды активности. Например, Samsung на сегодняшний день автоматически определяет порядка 40 видов разных занятий. Умные часы понимают, сидите ли вы за столом, работаете или обедаете, едете ли на велосипеде или занимаетесь аэробикой, бежите в городе или лесу. На помощь приходят большие данные, которые позволяют создать алгоритмы, и они очень точно высчитывают затраты вашей энергии и показывают расход калорий. За десять лет мы прошли очень большой путь от простых подсчетов шагов, которые были зачастую ошибочными, до продвинутых систем, которые действительно могут измерять нашу активность и давать полезные рекомендации. Если брать топовых производителей: Samsung, Apple, Huawei — они реально работают с медицинскими лабораториями, потому что на их стороне есть определенное количество этих сырых данных, а у медиков-ученых есть понимание того, как эти данные обработать и преобразовать. Выиграют от этого все. Возвращаясь к тому, с чего мы начали: пульс, насыщенность крови кислородом, ЭКГ, давление. На сегодняшний день история повторяется как с шагами на протяжении десяти последних лет. Мы набираем огромный объем данных, а из этих данных мы сможем с помощью обычной математики считать правильные показатели, и они будут более-менее точными, ложных срабатываний будет мало. И в этот момент именно за счет математического аппарата те же умные часы приблизятся к медицинским приборам. Но до этого момента должно пройти время. Где-то пять, где-то десять лет — в зависимости от параметра, который мы измеряем. Но это будет сделано, я в этом уверен.
На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc., запрещённая на территории Российской Федерации