Как выбрать пульсометр для тренировок

как работает, виды, как выбрать

Пульсометр – это устройство, которое умеет измерять пульс (частоту сокращений сердца). Второе наименование — монитор сердечного ритма. Для чего он нужен, понять несложно: отслеживать работу сердца, чтобы эффективно рассчитывать нагрузки во время тренировок. Одной из важных функций является вычисление зоны пульса. Наибольшее распространение пульсометры получили в среде спортсменов и тех, кто следит за своим здоровьем. Принцип работы, советы по выбору, виды мониторов представлены ниже.

Основные функции

Пульсометры используются для разных видов спорта и типов тренировок, кроме того, они отличаются между собой по способу расположения. Есть варианты на грудную клетку, на палец или на запястье и прочие виды. Более подробно об этом будет сказано ниже. Важно понять, что независимо от вида, функции в целом пересекаются:

подсчет ЧСС;
подбор и настройка зоны пульса;
уведомление об изменение зоны пульса;
расчет средних и максимальных показателей ЧСС;
подсчет сожженных калорий.

Данный перечень характерен для большинства мониторов, но дополнительного в них могут быть интегрированы GPS, шагомер, подсчет зон тренировок, информация о прошлых результатах, фитнес-тесты, расчет необходимого уровня пульса для разных кругов, последним удобно пользоваться бегунам.

Как это работает

Пульсометр для считывания пульса использует электрическую активность мышц сердца. Явление стало известно в 19 веке и применяется по сей день. В современных пульсометрах или фитнес браслетах, а также прочих устройствах пульс измеряется с помощью оптической плетизмографии. Звучит страшно, но на деле все достаточно просто. На обратной стороне устройства расположены светодиоды, обычно зеленого света. Они излучают свечение, которое поглощается телом человека. При этом кровь поглощает света больше, нежели кожный покров. Устройство на основе количества поглощенного свечения подсчитывает объем крови и посредством специальных алгоритмов в гаджете вычисляет пульс.

Важно! Минус технологии в том, что при слишком высоких показателях ЧСС кровь течет слишком быстро, и подсчет может стать не точным.

Второй вариант измерения использует механический способ: здесь оценивается давление. Специальная форма монитора с эластичными застежками фиксирует устройство таким образом, что при увеличении или уменьшении частоты сокращений давление на датчик повышается или падает. Способ более точный, но достаточно новый и не так широко распространен, как предыдущий вариант.

Кому нужен пульсометр

Исходя из названия, несложно понять, что основная задача пульсометра – это контроль ЧСС. Часто данный термин обозначается BPM в пульсометре, что на русский язык переводится как «частота пульса в минуту». Те люди, которые хотят получать данные о работе своего сердца на тренировках, нуждаются в данном устройстве.

Помимо этого, он позволит поддерживать необходимые показатели и считать калории. Монитор ЧСС нужен не только для занятий спортом. Сегодня широко распространены браслеты, которые показывают состояние человека на протяжении дня – пройденное расстояние, калории, пульс, фазы сна.

В современном мире пульсометр нужен всем — от людей, которые увлечены спортом, до обывателей, которые просто желают получать информацию о своем физическом состоянии. Фактически пульсометр не только инструмент измерения, но и самый настоящий помощник. Он сможет подобрать программу активности или просто напомнит пользователю, что пора подвигаться.

Зачем нужно замерять пульс

Некоторым замер пульса кажется странным и не являющимся необходимым занятием. Но стоит знать, что в зависимости от пульса тело человека задействует отличные друг от друга источники выработки энергии. Выделяют 5 зон нагрузок. От них зависит не только, насколько эффективна тренировка, но и на что она направлена.

Уровень нагрузки	Какой результат
Максимальный 90-100%	Максимальное развитие силы и скорости. Уровень для участия в соревнованиях.
Тяжелый 80-90%	Способствует росту мышечной массы.
Средний 70-80%	Развивает аэробные способности.
Легкий 60-70%	Поднимает общую выносливость, способствует сжиганию жира.
Очень легкий 50-60%	Разминка, восстановление и зарядка.

Процент указан, исходя из максимально полученного значения ЧСС. Чтобы его рассчитать, следует знать формулу: Max ЧСС = 220 – количество лет.

Пример! Человеку тридцатилетнего возраста необходимо задействовать жиры для выработки энергии, то есть в процентах нагрузка должна составлять – 60-70%. Для расчета необходимых показаний пульса необходимо выполнить следующие действия:

нижняя грань = (220-30)*0,6=114
верхняя грань = (220-30)*0,7=133

Таким образом, вооружившись пульсометром для контроля ЧСС и необходимыми цифрами, спортсмен добьется потери веса из-за сжигания лишнего жира, а также будет развивать свои аэробные способности.

Итак, пульсометр позволяет отследить уровень пульса и держать его в зоне, которая необходима для достижения определенной нагрузки и, соответственно, результатов занятий.

Преимущества персонального пульсометра

В залах для тренировок часто установлены тренажеры, которые имеют встроенные пульсометры. На дорожке для бега в ручку интегрирован датчик, который подсчитывает пульс, но, чтобы он считал правильно, следует постоянно держать на нем руки. А это подчас неудобно. Как показывает практика, специальный пульсометр для бега дает более точные результаты, нежели встроенный вариант. Ничего не мешает посчитывать пульс вручную, но очевидно, что в таком случае придется остановиться, темп собьется, и результат будет не самый верный. Таким образом, выделим следующие достоинства пульсометров.

Мониторинг осуществляется непосредственно во время занятий, это позволяет не переутомлять сердце.
Легко выбрать зону пульса и оставаться в ней.
Пульсометр позволяет следить за прогрессом благодаря контролю нагрузок и реакции на них со стороны организма.
Возможность посчитать сожженные калории.
Пульсометром можно пользоваться на протяжении всего дня и оценить работу организма и реакцию на обычные рабочие или повседневные нагрузки, не связанные с тренировками.
При отсутствии специального отведенного места для тренировок, например, во время бега по парку или занятиях на турнике, единственный способ контроля – пульсометр. Таким образом, еще одно достоинство — возможность пользоваться в любом месте.

Виды пульсометров

Спортивные пульсометры делятся на два больших вида: нагрудные и запястные. Помимо этого, существуют устройства в виде наушников, прищепок на мочку или на палец. Также существуют медицинские пульсометры, но в данном тексте они не рассматриваются, так как имеют отличный функционал и устройство.

Нагрудные

Модели с нагрудным датчиком располагаются под грудью, специальные электроды контролируют сердцебиение и отправляют полученные показания на часы или смартфон. Соединение осуществляется посредством технологии Bluetooth.

Важный параметр для нательных устройств – способ передачи данных. Аналоговый вариант подвержен помехам и может давать не самые корректные результаты, при этом его можно синхронизировать с тренажером. Если рядом кто-то занимается с подобным пульсометром, то они могут влиять на работу друг друга.

Совет! Лучше купить пульсометр с цифровым способом кодирования данных. Они более дорогие, но помехам не подвергаются, то есть дают самые точные результаты. Минус в том, что их нельзя подключить к тренажеру.

Запястные

Мониторы на запястье считаются более удобными, так как не требуют крепления на груди. Они могут выглядеть как часы или фитнес браслет, который лишь собирает данные, но результат отображается в специальном приложении смартфона. Наручные пульсометры делятся на два типа.

Пульс измеряется при контакте пальца с сенсорной панелью на дисплее. Данный способ не удобен тем, что он отслеживает пульс не постоянно, а только во время касания. Он не слишком удобен для тренировок и больше подходит тем людям, которые нуждаются в периодическом контроле – например, альпинистам, туристам и людям с заболеваниями сердца.
Второй тип по сути является оптическим пульсометром. Принцип работы описан выше – контроль проходящей крови. Они более удобны, и если нужен постоянный контроль, то лучше выбрать такой тип, однако стоит понимать, что часы или браслет должны быть плотно затянуты на руке для достижения максимального контакта (это влияет на точность). Это не всегда удобно во время тренировки.

Важно! Если сравнивать точность данных между запястным или нагрудным монитором, то вторые дают более правильные результаты. Профессиональным спортсменам лучше выбрать пульсометр на грудь, ведь единственный его минус – наличие на груди дополнительных аксессуаров, что не всегда удобно, но при этом к нему можно привыкнуть.

Наручные модели делятся на несколько типов – есть простые фитнес браслеты, которые имеют минимум функций и по сути представляют шагомер и пульсометр в одном устройстве с отображением ЧСС на небольшом дисплее (иногда без него). Более продвинутые модели являются часами с GPS, в которые можно заложить маршрут для бега, задать характер и интенсивность тренировки. Помимо этого, они синхронизируются с телефоном (иногда работают независимо) и отправляют данные в специальное приложение, которое помогает позже более точно их оценить и скорректировать следующие занятия.

Выбор пульсометра

Чтобы пульсометр принес практическую пользу, важно правильно его выбрать. Очевидно, что от возможностей модели зависит, насколько полноценными будут полученные данные.

Следует сразу понять, что самый простой функционал у фитнес-браслетов. Если основная задача пользователя — считать шаги, периодически проверять ЧСС и иметь возможность минимально взаимодействовать со смартфоном, то в таком случае выбор – недорогой браслет. Его можно использовать, как детский пульсометр или на руку для пожилых людей. Возможности минимальные, управлять просто, не мешают в течение дня, так как владелец просто привыкает к ним, как к часам, и даже не замечает их нахождения на руке.

Если пульсометр работает для полноценного контроля на тренировках для спортсменов, то и требования будут более жесткими. В таком случае следует остановиться на более дорогих браслетах или же рассмотреть вариант покупки часов с внешним монитором ЧСС.

О том, какими функциями должен обладать хороший пульсометр, было сказано выше, также уже оговаривались виды – наручные и нагрудные модели со встроенным датчиком (информация отображается непосредственно на самом устройстве) или же это внешний датчик, который передает информацию на смартфон или спортивные часы (датчик при этом на груди). Помимо этого, существуют внешние миниатюрные датчики – на мочку уха, на палец, на предплечья, наушники с пульсометром. Что именно выбрать, зависит от нужд пользователя. В некоторых случаях часы на руке или на груди будут мешать, тогда стоит рассмотреть вариант наушника или на мочку уха.

Основные требования

Стоит понимать, что часы для тренировок подвергаются испытаниям не хуже спортсмена, а значит, они тоже должны отвечать определенным требованиям.

Материал. При покупке следует учесть характер тренировок: пульсометр не должен мешать, быть крепким, иметь удобные крепления и возможность регулировать ремни, а также материал не должен вызывать аллергию и портиться от влаги. Очевидно, что во время выполнения упражнений спортсмен потеет, и если устройство некачественное, то оно может потерять свои свойства. Например, металлические модели будут окисляться, что, естественно, не является свидетельством качества. Не стоит забывать, что некоторые виды спорта предполагают экстремальные воздействия, например, для хоккеиста важно, чтобы при жестких столкновениях с противниками на поле монитор не разбился.
Защита от влаги. Для плавания в море или для бассейна устройство должно иметь влагозащиту, в противном случае оно просто выйдет из строя. Не стоит забывать, что водоем может иметь разную по составу воду – в море она соленая, в бассейне нет, а наличие соли также может сказаться на долговечности девайса. При покупке стоит уточнить, рассчитано ли устройство на работу в соленой морской воде или подойдет только для пресных водоемов и очищенной воды бассейна. Помимо этого, хорошие модели имеют хотя бы минимальное сопротивление влаге, которая выделяется телом. Это актуально для кроссфита и других силовых тренировок.
Многие современные модели используются на протяжении всего дня, и с ними отправляются в поход на несколько дней. Поэтому важно, чтобы часы имели длительное время заряда.
Для тренировок в ночное время не будет лишним иметь подсветку экрана.

Особенности моделей для различных видов активности

В зависимости от вида спортивной деятельности к моделям могут также предъявляться дополнительные требования.

Для велосипедистов, бегунов и для лыжников полезно, чтобы пульсометр умел считать пройденное расстояние и скорость.
Подсчет калорий подойдет для спорта, который направлен на потерю веса, это могут быть простые фитнес упражнения или качалка, где наращивается масса и выполняются общеукрепительные занятия.
Подсчет времени, потраченного на круг, и расчет средней ЧСС при прохождении круга – актуально для бегунов.
Модели с фитнес функциями по сути становятся личным тренером, сюда можно вводить информацию о съеденной пище, на основе чего специальный софт рассчитывает набранные и потраченные калории и дает рекомендации по дальнейшим тренировкам.
Опция отслеживания быстроты восстановления пульса поможет тем спортсменам, которые занимаются спринтерскими и интервальными тренировками.
Модели со встроенным GPS удобны для бега и путешественников. В них можно не только проложить маршрут, отследить скорость движения, но и учесть при этом перепады высот.
Некоторые часы умеют отслеживать время соприкосновения ступни с землей, это тоже полезная функция для бега.

Полезные советы

Параметров выбора много, но, чтобы модель выполняла качественно свои функции, следует продумать все нюансы. Для этого действовать следует по следующему алгоритму.

Определяем тип задач, которые возлагаются на пульсометр.
Определяем способ расположения устройства на теле, а также куда будут поступать данные – непосредственно отображаться на аксессуаре, или же их будет обрабатывать внешнее устройство.
Выясняем, нужны ли дополнительные функции (уведомление о звонках и прочее).
Определяем бюджет и выбираем доступные модели внутри него.

После этого отправляемся в магазин для личного знакомства с выбранными девайсами, их качеством сборки, уровнем защиты от внешних воздействий. Не будет лишним почитать отзывы на форумах, чтобы узнать более точные значения, ведь производитель может заявить время работы несколько суток, но в зависимости от характера использования оно может оказаться существенно меньше.

Совет! Полезно до покупки проверить, удобно ли сидит модель на руке (или других местах в зависимости от типа).

Если выбранный пульсометр соответствует всем нуждам пользователя, то есть смысл его покупать. В противном случае, следует поискать еще варианты, а не идти на компромисс и брать то, что придется, ведь результат тренировок зависит от правильного подсчета показателей, а это невозможно, если девайс не будет соответствовать требованиям конкретного пользователя.

Самые надежные пульсометры

Пульсометр Beurer PM15 на Яндекс Маркете

Пульсометр Polar h20 M-XXL на Яндекс Маркете

Пульсометр Polar Oh2 на Яндекс Маркете

Пульсометр SUUNTO Smart Sensor на Яндекс Маркете

Пульсометр SIGMA PC 10.11 на Яндекс Маркете

tehnika.expert

Как умные часы, спортивные трекеры и прочие гаджеты измеряют пульс? Часть 1

Всем привет!

Совсем немного осталось до начала нашей краундфандинговой компании часов для измерения уровня стресса EMVIO. Появилась небольшая передышка и пальцы попросились к клавиатуре.

На самом начальном этапе разработки мы проводили небольшой аналитический обзор способов измерения пульса у человека и периодически обновляли его новыми проектами. Захотелось поделиться с сообществом этой информацией. Надеемся, что она будет интересна широкому кругу читателей и даст представление о состоянии технологий в этой области.

В этом обзоре упор сделан именно на применение способов измерения пульса в гаджетах типа «for fan». Одни способы уже реализованы в готовых массовых продуктах, другие ждут своего часа. Но прежде пару слов про то, что собственно мы измеряем и почему это важно.

Немного о нашем сердце

Как известно, сердце – это автономный мышечный орган, который выполняет насосную функцию, обеспечивая непрерывный ток крови в кровеносных сосудах путем ритмичных сокращений. В сердце имеется участок, в котором генерируются импульсы, ответственные за сокращение мышечных волокон, так называемый водитель ритма (pacemaker). В нормальном состоянии, при отсутствии патологий, этот участок полностью определяет частоту сердечных сокращений. В результате образуется сердечный цикл – последовательность сокращений (систола) и расслаблений (диастола) сердечных мышц, начиная от предсердий и заканчивая желудочками. В общем случае под пульсом понимают частоту, с которой повторяется сердечный цикл. Однако есть нюансы, каким способом мы регистрируем эту частоту.

Что мы считаем пульсом

В те времена, когда медицина не имела технических средств диагностики, пульс измеряли всем известным способом – пальпацией, т.е. прикладывали палец к определенной области тела и слушали свои тактильные ощущения, и считали количество толчков стенки артерии через кожу за некоторое время — обычно 30 секунд или одну минуту. Отсюда и появилось латинское название этого эффекта — pulsus, т.е. удар, соответственно единица измерений: ударов в минуту, beatsperminute (bpm). Есть много методик пальпации, самые известные это прощупывание пульса на запястье и на шее, в области сонной артерии, который так популярен в кино.
В электрокардиографии пульс вычисляется по сигналу электрической активности сердца — электрокардиосигналу (ЭКС) путем замеров длительности интервала (в секундах) между соседними R зубцами ЭКС с последующим пересчетом в удары в минуту по простой формуле: BPM = 60/(RR-интервал). Соответственно нужно помнить, что это желудочковый пульс, т.к. период сокращения предсердий (PP интервал) может немного отличаться.

Attention!!! Cразу хотим отметить важный момент, который вносит в путаницу в терминологию и часто встречается в комментах к статьям про гаджеты с измерением пульса. Фактически пульс, который измеряется по сокращениям стенок кровеносных сосудов, и пульс, который измеряется по электрической активности сердца, имеют разную физиологическую природу, разную форму временной кривой, различный фазовый сдвиг и соответственно требует различные методы регистрации и алгоритмы обработки. Поэтому не может быть никаких RR-интервалов при измерении пульса по модуляции объемов кровенаполнения артерий и капилляров и механических колебаний их стенок. И обратно, нельзя говорить, что если у вас нет RR-интервалов, то вы не можете измерить аналогичные по физиологической значимости интервалы по пульсовой волне.

Как гаджеты измеряют пульс?

Итак, вот наш вариант обзора самых распространённых способов измерения пульса и примеры гаждетов, которые их реализуют.

1. Измерение пульса по электрокардиосигналу

После обнаружения в конце 19 века электрической активности сердца появилась техническая возможность ее зарегистрировать.Первым, по настоящему, это сделал Виллем Эйнтховен (Willem Einthoven) в 1902 году, с помощью своего мегадевайса – струнного гальванометра (string galvanometer). Кстати он осуществил передачу ЭКГ по телефонному кабелю из больницы в лабораторию и, по сути, реализовал идею удаленного доступа к медицинским данным!

Три банки с “рассолом” и электрокардиограф весом 270 кг! Вот так рождался метод, который сегодня помогает миллионам людей во всем мире.

За свои труды в 1924 году он стал лауреатом Нобелевской премии. Именно Эйнтховен в первые получил реальную электрокардиограмму (название он придумал сам), разработал систему отведений – треугольник Эйнтховена и ввел названия сегментов ЭКС. Самым известным является комплекс QRS — момент электрического возбуждения желудочков и, как наиболее выраженный по своим временным и частотным свойствам элемент этого комплекса, зубец R.

До боли знакомый сигнал и RR-интервал!

В современной клинической практике для регистрации ЭКС используют различные системы отведений: отведения с конечностей, грудные отведения в различных конфигурациях, ортогональные отведения (по Франку) и т.п. С точки зрения измерения пульса можно использовать любые отведения, т.к. в нормальном ЭКС R зубец в том или ином виде присутствует на всех отведениях.

Спортивные нагрудные датчики пульса

При проектировании носимых гаджетов и различных спортивных тренажеров система отведений была упрощена до двух точек-электродов. Самым известным вариантом реализации такого подхода являются спортивные нагрудные мониторы в виде ремешка-кардиомонитора – HRM strap или HRM band. Думаем у читателей, ведущих спортивный образ жизни, такие устройства уже имеются.

Пример конструкции ремешка и Мистер-гаджет 80 lvl. Sensor pad – это два ЭКГ электрода с разных сторон груди.

На рынке популярностью пользуются HRM ремешки фирм Garmin и Polar, также имеется множество китайских клонов. В таких ремешках электроды выполнены в виде двух полосок из проводящего материала. Ремешок может быть частью всего устройства или пристегиваться к нему застежками-клипсами. Значения пульса, как правило, передаются по Bluetooth по протоколу ANT+ или Smart на спортивные часы или смартфон. Вполне удобно для спортивных занятий, но постоянное ношение вызывает дискомфорт.

Мы экспериментировали с такими ремешками в плане возможности оценки вариабельности пульса, считая их за эталон, но поступающие с них данные, оказались сильно сглаженными. Участник нашей команды Kvanto25 публиковал пост, как он разбирался с протоколом ремешка Polar и подключал его к компьютеру через среду Labview.

С двух рук

Следующим вариантом реализации двух электродной системы является разнесение электродов на две руки, но без постоянного подключения одной из них. В таких устройствах один электрод закрепляется на запястье в виде задней стенки часов или браслета, а другой выносится на лицевую часть устройства. Чтобы измерить пульс, нужно свободной рукой коснуться лицевого электрода и подождать несколько секунд.

Пример пульсометра с фронтальным электродом (Пульсометр Beurer)

Интересным устройством, использующим такую технологию, является браслет Phyode W/Me, разработчики которого провели успешную кампанию на Кикстартере, и их продукт имеется в продаже. На хабре про него был пост.

Электродная система PhyodeW/Me

Верхний электрод совмещен с кнопкой, поэтому многие люди, рассматривая прибор по фоткам и читая отзывы, думали, что измерение происходит просто по нажатию кнопки. Теперь вы знаете, что на подобных браслетах непрерывная регистрация со свободными руками в принципе не возможна.

Плюс этого устройства в том, что измерение пульса не является главой целью. Браслет позиционируется как средство проведения и контроля дыхательных методик, типа индивидуального тренера. Мы приобрели Phyode и проигрались с ним. Все работает, как обещано, регистрируется реальная ЭКГ, соответствующая классическому первому отведению ЭКГ. Однако прибор очень чувствителен к движениям пальца на фронтальном электроде, чуть сдвинулся и сигнал поплыл. С учетом того, что для набора статистики нужно около трех минут процесс регистрации выглядит напряжно.

Вот еще вариант использования принципа двух рук в проекте FlyShark Smartwatch, который выложен на Кикстартере .

Регистрация пульса в проекте FlyShark Smartwatch. Будьте добры подержать пальчик.

Что еще нового есть в этой области? Обязательно нужно упомянуть об интересной реализации ЭКГ электрода – емкостного датчика электрического поля EPIC Ultra High Impedance ECG Sensor производства фирмы Plessey Semiconductors.

Емкостной датчик EPIC для бесконтактной регистрации ЭКГ.

Внутри датчика установлен первичный усилитель, поэтому его можно считать активным. Датчик достаточно компактный (10х10 мм), не требует прямого электрического контакта, соответственно не имеет эффектов поляризации и их не надо смачивать. Нам кажется это решение весьма перспективным для гаджетов с регистрацией ЭКС. Готовых устройств на этих датчиках мы пока не видели.

2. Измерение пульса на основе плетизмографии

Поистине самый распространённый способ измерения пульса в клинике и быту! Сотни разнообразных устройств от прищепок до перстней. Сам метод плетизмографии основан на регистрации изменения объемов кровенаполнения органа. Результатом такой регистрации будет пульсовая волна. Клинические возможности плетизмографии выходят далеко за рамки простого определения пульса, но в данном случае нам интересен именно он.
Определение пульса на основе плетизмографии может быть реализовано двумя основными способами: импедансным и оптическим. Есть и третий вариант – механический, но мы не будем его рассматривать.

Импедансная плетизмография

Как говорит нам Медицинский словарь, импедансная плетизмография – это метод регистрации и исследования пульсовых колебаний кровенаполнения сосудов различных органов и тканей, основанный на регистрации изменений полного (омического и емкостного) электрического сопротивления переменному току высокой частоты. В России часто используется термин реография. Этот способ регистрации ведет свое начала с исследований ученого Манна (Mann, 30 –е годы) и отечественного исследователя Кедрова А.А. (40–е годы).
В настоящее время методология способа основана на двух или четырехточечной схеме измерения объемного удельного сопротивления и состоит в следующем: через исследуемый орган с помощью двух электродов пропускается сигнал с частотой от 20 до 150 кГц (в зависимости от исследуемых тканей).

Электродная система импедансной плетизмографии. Картинка отсюда

Главное условие, предъявляемое к генератору сигнала — это постоянство тока, его значение выбирают обычно не более 10-15 мкА. При прохождении сигнала через ткань его амплитуда модулируется изменением кровенаполнения. Вторая система электродов снимает модулированный сигнал, фактически имеем схему преобразователя импеданс-напряжения. При двухточечной схеме электроды генератора и приемника объединены. Далее сигнал усиливается, из него изымается несущая частота, устраняется постоянная составляющая и остается нужная нам дельта.
Если прибор откалибровать (для клиники это обязательное условие), то по оси Y можно откладывать значения в Омах. В итоге получается вот такой сигнал.

Примеры временных кривых ЭКГ, импедансной плетизмограммы (реограмме) и ее производной при синхронной регистрации. (отсюда)

Очень показательная картинка. Обратите внимание, где находится RR-интервал на ЭКС, а где расстояние между вершинами, соответствующее длительности сердечного цикла на реограмме. Также обратите внимание на резкий фронт R зубца и пологий фронт систолической фазы реограммы.

Из пульсовой кривой можно получить довольно много информации по состоянию кровообращения исследуемого органа, особенно синхронно с ЭКГ, но нам нужен только пульс. Определить его не сложно — нужно найди два локальных максимума, соответствующих максимальной амплитуде систолической волны, вычислить дельту в секундах ∆Tи далее BMP = 60/∆T.

Примеров гаджетов, которые используют данный способ, мы пока не нашли. Зато есть пример концепта имплантируемого датчика для контроля кровообращения артерии. Вот статья про него. Активный датчик сажается прямо на артерию, с хост-девайсом общается по индуктивной связи. Мы считаем, что это очень интересное и перспективный подход. Принцип работы понятен из картинки. Спичка показана для понимания размера :) Используется 4-х точечная схема регистрации и гибкая печатная плата. Думаю, при желании, можно допилить идею для носимого микро-гаджета. Плюс этого решения в том, что потребление такого датчика исчезающее мало.

Имплантируемый сенсор кровотока и пульса. Похож на аксессуар Джонни-Мнемоника.

В завершении этого раздела сделаем ремарку. В свое время мы считали, что таким способом измеряется пульс в известном стартапе HealBeGo, поскольку в этом устройстве базовая функциональность реализуется методом импедансной спектроскопии, что, по сути, и есть реография, только с изменяемой частотой зондирующего сигнала. В общем, все уже на борту. Однако согласно описанию характеристик прибора пульс в HealBe измеряется механическим методом с помощью пьезодатчика (про этот способ во второй части обзора).

Оптическая плетизмография или фотоплетизмографияя

Оптический – это самый распространённый способ измерения пульса с точки зрения массового применения. Сужение и расширение сосуда под действием артериальной пульсации кровотока вызывают соответствующее изменение амплитуды сигнала, получаемого с выхода фотоприемника. Самые первые устройства были применены в клинике и измеряли пульс с пальца в режиме просвета или отражения. Форма пульсовой кривой повторяет реограмму.

Иллюстрация принципа работы фотоплетизмографии

Способ нашел широкое использование в клинике и вскоре технология была применена в бытовых устройствах. Например, в компактных пульсоксиметрах, регистрирующих пульс и сатурацию кислородом крови в капиллярах пальца. В мире производится сотни модификаций. Для дома, для семьи вполне пойдет, но не подходит для постоянного ношения.

Пульсоксиметр обыкновенный и клипса для уха. Тысячи их!

Существуют варианты с ушными клипсами и наушниками со встроенными датчиками. Например, такой вариант от Jabra или новый проект Glow Headphones. Функциональность аналогична HRM ремешкам, но более стильный дизайн, привычное устройство, свободный руки. Постоянно носить затычки в ушах не будешь, но для пробежек на свежем воздухе под музыку в самый раз.

Наушники Jabra Sport Pulse™ Wireless и Glow Headphones. Пульс регистрируется внутриушным (in-ear sensor) способом.

Прорыв

Самым заманчивым было измерение пульса с запястья, ведь это такое привычное и комфортное место. Первыми были часы Мио Alpha с успешной компанией на Кикстартере.

Создательница продукта Лиз Дикинсон (Liz Dickinson) пафосно провозгласила это устройство Святым Граалем измерения пульса. Модуль датчика был разработан ребятами из Philips. На сегодняшний день это самое качественное устройство для непрерывного измерения пульса с запястья методом фотоплетизмографии.

Далее миру стали является такие достойные вещи как Basis B1, Samsung Galaxy Gear и Gear Fit, Moto 360 и конечно ожидаемые всеми фанами яблочных брендов AppleWatch.

Даешь умных часов много и разных!

Сейчас можно сказать, что технология отработана и внедрена в серийное производство. Во всех подобных устройствах реализуется измерение пульса по отраженному сигналу.

Выбор длины волны излучателя

Теперь пару слов, как выбирают длину волны излучателя. Тут все зависит от решаемой задачи. Обоснование выбора хорошо иллюстрировать по графику поглощения света окси и дезоксигемоглобина с наложенными на него кривыми спектральных характеристик излучателей.

Кривая поглощения света гемоглобином и основные спектры излучения пульсовых фотоплетизмаграфических датчиков.

Выбор длины волны зависит от того, что мы хотим измерить пульс и/или сатурацию насыщения крови кислородом SO2.

Просто пульс. Для этого случая важна область, где поглощение максимально – это диапазон от 500 до 600 нм, не считая максимума в ультрафиолетовой части. Обычно выбирается значение 525 нм (зеленый цвет) или с небольшим смещением – 535 нм (применено в датчике OSRAM SFH 7050 – Photoplethysmography Sensor).

Зеленый светодиод датчика пульса – самых ходовой вариант в смарт-часах и браслетах. В датчике смартфона Samsung Galaxy S5 использован красный светодиод.

Оксиметрия. В этом режиме необходимо мерить пульс и оценивать сатурацию крови кислородом. Способ основан на разнице в поглощении связанного (окси) и не связанного с (дезоки) кислородом гемоглобина. Максимум поглощения деоксигенированного гемоглобина (Hb) находится в “красном” (660 нм) диапазоне, максимум поглощения оксигенированного (Hb02) гемоглобина в инфракасном (940 нм). Для вычисления пульса используется канал с длиной волны 660 нм.

Желтый для EMVIO. Для нашего прибора EMVIO мы выбирали из двух диапазонов: 525 nm и 590 нм (желтый цвет). При этом мы учитывали максимум спектральной чувствительности нашего оптического датчика. Эксперименты показали, что разницы между ними практически нет (в рамках нашей конструкции и выбранного датчика). Любую разницу перебивают артефакты движения, индивидуальные свойства кожи, толщина подкожного слоя запястья и степень прижатия датчика к коже. Мы захотели как-то выделиться из общего “зеленого” списка и пока остановились на желтом цвете.

Конечно, измерения можно проводить не только с запястья. Есть на рынке нестандартные варианты выбора точки регистрации пульса. Например, со лба. Такой подход использован в проекте умного шлема для велосипедистов Life beam Smart helmet разработаного Израильской компанией Lifebeam. В предложениях этой фирмы есть еще бейсболки и солнцезащитные козырьки для девушек. Если постоянно носите бейсболку, то это ваш вариант.

Велосипедист доволен, что не нужно одевать HRM ремешок.

В целом выбор точек регистрации достаточно велик: запястье, палец, мочка уха, лоб, бицпес руки, лодыжка и стопа ноги для малышей. Полное раздолье для разработчиков.

Большим плюсом оптического способа является простота реализации на современных смартфонах, где в качестве датчика используется штатная видеокамера, а в качестве излучателя – светодиод вспышки. В новом смартфоне Samsung Galaxy S5 на задней стенке корпуса, для удобства пользователя, уже имеется штатный модуль датчика пульса, возможно и другие производители будут внедрять аналогичные решения. Это может стать решающими для устройств, в которых нет непрерывной регистрации, смартфоны вберут в себя их функционал.

Новые горизонты фотоплетизмографии

Дальнейшее развитие этого способа связано с переосмыслением функционала оптического датчика и технологическими возможностями современных носимых устройств в плане обработки видеоизображений в реальном времени. В итоге имеем идею измерения пульса по видеоизображению лица. Подсветкой является естественное освещение.

Оригинальное решение, с учетом того, что видеокамера является стандартным атрибутом любого ноутбука, смартфона и даже умных часов. Идея метода раскрыта в этой работе.

Субъект N3 явно напряжен – пульс под 100 уд/мин, наверно сдает работу своему руководителю Субъекту N2. Субъект N1 просто мимо проходил.

Сначала на кадрах выделяется фрагмента лица, потом изображение раскладывается на три цветовых канала и разворачивается по временной шкале (RGB trace). Выделение пульсовой волны основано на разложение изображения методом анализа независимых компонент (ICA) и выделения частотной составляющей, связанной с модуляцией яркости пикселей под действием пульсации крови.

Лаборатория Philips Innovation реализовала аналогичный подход в виде программы Vital Signs Camera для IPhone. Весьма интересная штука. Усреднение значений конечно большое, но принципиально метод работает. Аналогичный проект развивает Fujitsu Laboratories.

Виды экранов Vital Signs Camera.

Так что в будущем системы видеонаблюдения смогут дистанционно измерять ваш пульс. Контора АНБ возрадуется.

Окончание обзора в следующем посте “Как умные часы, спортивные трекеры и прочие гаджеты измеряют пульс? Часть 2”. В той части мы расскажем об более экзотических способах регистрации пульса, которые используются в современных гаджетах.

Удачи! И еще раз пригашаем вас на сайт нашего проекта EMVIO.

habr.com

Что такое пульсометр и как он работает

Пульсометр представляет собой устройство, предназначением которого является мониторинг сердечного пульса в режиме реального времени. Тот факт, что сердцу свойственна электрическая активность, был обнаружен ещё в кон. 19 ст., затем в 1902-м учёному Виллему Эйнтховену удалось впервые зарегистрировать её техническим способом при помощи гальванометра, имеющего струнную конструкцию, и записать электрическую кардиограмму. ЭКГ-монитор ритма сердечных сокращений, имеющий беспроводную конструкцию, изобрели в 1977-м году как учебное пособие для финской сборной по лыжным гонкам. Реализация в розницу подобных устройств стартовала в 1983-м. Сейчас пульсометр широко применяется как элемент разных переносных устройств: смарт-браслетов, часов и т. п.

Самый распространённый метод определения пульса с помощью носимого устройства — оптическая либо фотоплетизмография. Первым устройством, использующим данную технологию, стали часы Mio Alpha, оснащённые датчиком, выпущенным фирмой Philips.

Метод оптической плетизмографии основывается на определении пульса при помощи датчика, а также светодиодов. Сенсор оптического типа на задней стороне такого браслета либо часов освещает запястье при помощи светодиодов, поглощаемых биологическими тканями, включая кровь. Вместе с тем сама кровь поглощает более значительное количество света по сравнению с кожей. Изменение содержания крови внутри сосудов влияет на уровень светового поглощения и это фиксирует датчик. С помощью специального алгоритма, основанного на полученной информации, определяется ритм сердца.

Обычно пульс измеряется при помощи светодиодов зелёного цвета. За счёт своего красного цвета кровь отражает красное излучение, поглощая при этом зелёное. Чтобы измерить пульс, нужно предельно высокое поглощение, то есть длина световой волны должна составлять 500-600 нм. Зелёная волна имеет длину 510-550 нм.

Датчик оптического типа с большой точностью может определить пульс во время пешего передвижения (ходьбы, бега), но в моменты значительного увеличения пульса, к примеру, до 160 за минуту, движение крови по области датчика становится чересчур быстрым и это снижает точность измерения пульса. Ещё один фактор, который уменьшает точность результата — уменьшение интенсивности кровообращения во время холода.

Достаточно новый, пока не ставший очень популярным механический метод определения пульса заключается в применении датчика давления пьезоэлектрического типа. Этому принципу соответствует браслет HealBe Go. Датчик связан со всей конструкцией этого устройства: с помощью ремешка обеспечивается усилие на растяжение по краям пьезоэлектрического датчика, тогда как с помощью корпуса браслета обеспечиваются нужные опора и жёсткость.

Кроме того, есть концепты гибкого датчика, измеряющего пульс, в конструкцию которых входят нанотрубки из золота. 2 датчика фиксируют на запястье и на шее, они осуществляют регистрацию пульсовых волн. Потом с помощью фазового сдвига между сигналами определяют относительную скорость волн пульса между двумя артериями — шейной и на запястье. Сейчас эта технология развивается, поэтому в обозримом будущем есть шансы увидеть принципиально новый пульсометр.

Виды пульсометров и их выбор

Контроль скорости, времени, пульса, результатов спортивных тренировок возможен с помощью двух типов гаджетов — имеющих выносной либо же имеющих встроенный датчик.

Модели, в которых установлен выносной измеритель, подразделяются на такие типы по месту его крепления:

На ухе. Данные отражает монитор девайса, удобно вмещающийся в карман. Преимущества заключаются в лёгкости и компактности. Не создаёт препятствий для тренировок. Недостатком подобного устройства является передавливание уха либо спадание с него. Во время холода точность показателей снижается.
На пальце. Крепление осуществляется по принципу прищепки либо перчатки. Такой прибор определяет пульс на основании пульсирования крови. Преимущество заключается в том, что со временем происходит привыкание и устройство не ощущается на руке. Недостаток же состоит в том, что при замерзании пальцев точность показаний ухудшается.
Наушники — имеют внутриушной монитор ритма сердца. Оптимальны для бега. Преимущество — возможность совмещения прослушивания музыки с отслеживанием пульса. Недостаток — препятствуют концентрации на результатах.
Нагрудные — прикрепляются к груди эластичным ремешком под одеждой. Отличаются точностью измерений при любых погодных условиях. Выбираются профессиональными спортсменами. Недостаток заключается в необходимости наличия времени для привыкания. Несовместимы с обильным потоотделением, поскольку при намокании тела ослабевает контакт и ремешок просто соскальзывает.

Модели, имеющие датчик встроенного типа, подразделяются на 2 вида: часы и кольца. Оба вида отличаются удобством применения, так как датчик располагается с внутренней стороны пульсометра, это обеспечивает плотное прилегание к коже. Однако рассчитывать на точные показания иногда всё же не следует. Во время холодов или бега отображаемые цифры часто не соответствуют действительности.

Выбирая идеальный измеритель, следует обращать внимание не столько на разновидность датчика, сколько на уровень качества определённой модели. При условии учёта разработчиками каждого «подводного камня» точность показателей датчика будет достаточно высокой.

По технологии передачи сигналов различают 2 типа пульсометров:

Аналоговые — подразумевают подключение к тренажёру и смартфону. Однако выдают сообщения не в зашифрованном виде. По этой причине во время групповых тренировок нередко считывается информация с чужого пульсометра. Также распространены «глюки» возле ЛЭП.
Цифровые — несовместимы с тренажёрами. Однако устойчивы к помехам и отличаются более высокой точностью показателей.

Чтобы обеспечить эффективные тренировки для «своей» спортивной дисциплины, следует выбирать пульсометр, имеющий соответствующий функционал.

Велосипедисту стоит предпочесть пульсометр-велокомпьютер, устанавливаемый на руль велосипеда. Такое устройство имеет датчики педалирования, расстояния, скорости, а также GPS. Даёт возможность отслеживать частоту педального вращения и длину преодолённой дистанции.

Почитатели бега и фитнеса могут оценить по достоинству пульсометры для запястья, имеющие такие функции, как счётчик калорий, контроль времени преодоления круга, отслеживание средних и лучших результатов при тренировках, отслеживание скорости, высоты подъёма дорожки, обеспечение навигации маршрута.

Для пловца имеет важное значение водонепроницаемость устройства. Пульсометр способен выдержать глубину окунания под воду в диапазоне 10-50 м (в зависимости от конкретной модели).

Спортивные пульсометры

Стоимость спортивного пульсометра прямо определяется его функционалом, по этой причине перед покупкой стоит тщательно подумать, что именно Вам необходимо, а от чего лучше отказаться для экономии.

Для велосипедного спорта — модель для руля. С помощью бортового ПК отображаются на дисплее такие данные, как скорость движения, ЧСС, частота оборотов педалей, давление.
Для мультиспорта — комплексный прибор, состоящий из часов и датчика, прикрепляемый к груди, к уху либо к пальцу. Подходит для занятий бегом и лыжами. Позволяет определить время преодоления круга, продолжительность тренинга, определить лучший результат и средний показатель скорости. Также такой прибор подсчитывает оптимальные нагрузки, учитывая ЧСС. Разные модели могут иметь шагомер и GPS.
Для фитнеса — такой пульсометр, помимо ЧСС, определяет количество калорий и объём уничтожаемого жира, оптимальный уровень нагрузок, позволяет планировать тренировку и оценивать достигнутые результаты.
Оптические — отличаются самой высокой функциональностью, у них отсутствуют провода и крепящиеся по отдельности датчики. Часы, к которым присоединён хронограф, фиксируют информацию о тренировке, не подключаясь к телефону. Такой пульсометр способен отслеживать ежедневную активность, уровень интенсивности тренировки, осуществлять контроль качества сна. Его недостатком является значительная цена.

Пульсометр для бассейнов оптимизирует нагрузку при тренировках, улучшает показатели и исключает чрезмерное напряжение. Кроме определения пульса, множество моделей таких пульсометров предоставляют многочисленные функции дополнительного характера. Такой пульсометр является водонепроницаемым и может сочетаться со смартфоном и передавать статистические данные в хранилища. Ещё эти приборы способны подключаться к гаджетам другого типа посредством кабелей либо беспроводных сигналов.

Пульсометры для водного спорта могут иметь вид нагрудных ремней, часов, браслетов для запястья и приборов для крепления к шапке для плавания либо к плавательным очкам.

Основным требованием к такому пульсометру является его водонепроницаемость. Благодаря повышенному уровню защиты, а также герметичности корпуса, возможна эксплуатация такого прибора в подводных условиях. Пульсометр для плавания способен выдержать усиленное давление на свой корпус и продолжительные погружения. Весьма неприятно, выбрав такой прибор и купив его, после первого же заплыва заметить, что, несмотря на защиту от брызг, он не рассчитан на настоящее купание.

У каждого водонепроницаемого пульсометра есть своя маркировка. Инструкция к любому из этих устройств включает данные об уровне его защищённости, предельно допустимой глубине, а также предельном времени подводного погружения.

Пульсометры для лыжного спорта подразделяются на 2 типа:

С оптическими датчиками (считывание пульса происходит с запястья) — характеризуются меньшей точностью показателей во время лыжной гонки, поскольку датчик всё время отходит от кожи при быстром передвижении на лыжах.
С нагрудными датчиками — отличаются высокой точностью, сравнимой с точностью ЭКГ. Крепление датчика осуществляется под грудь — туда, где находится солнечное сплетение. Во время первой тренировки бывают дискомфортные ощущения по причине непривычки. Однако они вскоре исчезнут спустя 2 недели.

Как добиться правильного измерения пульса с пульсометром

Известны разные типы пульсометров, однако лишь те из них, которые имеют нагрудные ремешки, демонстрируют точные показатели. Приборы, которые считывают показатели с запястья, преимущественно демонстрируют ошибочные данные.
Пульсометр, оснащённый нагрудным ремнём, имеет один недостаток — необходимость привыкания к данному ремню. Поначалу он приводит к дискомфорту. Но после нескольких пробежек негативные ощущения исчезают, Вы прекратите замечать прибор вовсе. Такие пульсометры использует множество спортсменов-профессионалов, включая пловцов.

fitnessbraslet.com

Пульсометр для чего нужен, зачем и для кого, для какого вида спорта ?

Для чего нужен пульсометр (кардиомонитор)?

Для чего нужно знать свой пульс, или частоту сердечных сокращений (ЧСС)? ЧСС необходимо знать для выбора во время кардиотренировок и силовых тренировок оптимального темпа, а также правильного определения длительности перерывов, которые нужны, чтоб восстановить нормальный уровень биения сердца.

Для мужчин максимальным пульсом будет считается цифра, полученная по формуле: 220 – возраст. Таким образом, для 29-летнего мужчины верхняя планка пульса — это 191 удар в минуту (220 – 29 = 191). Это число берем как 100 % и все остальные показатели рассчитываем, исходя из него.

Зоны пульса на тренировке

Самой безопасной считается зона разминки, когда пульс составляет 50–60 % от максимального (от 100 %). Таким должен быть пульс во время повседневной жизни и при легких физнагрузках. В зоне активности ЧСС составляет 60–70 %, это зона кардиотренировок, при которых сжигается жир.

В аэробной зоне проводят тренировки на выносливость, развивая силу сердца. Пульс в этой зоне равен 70–80 % от максимального. В анаэробной зоне развивают дыхательную систему за счет того, что человек начинает очень быстро дышать (80–90 % пульс от максимума). И наконец, находиться в красной зоне, когда пульс составляет от 90 до 95 %, можно лишь очень непродолжительное время.

Измеряем ЧСС на тренировке

На ряде кардиотренажеров есть ручки, предназначенные для определения пульса, — достаточно только взяться за них. Правда, информация не всегда верна, и этот метод ненадежен даже во время пробежки на дорожке.

Самый лучший способ измерения пульса во время тренировки — это пульсометр, предназначенный именно для этих целей. Сегодня в продаже представлены датчики пульса двух видов: с нагрудным ремешком и измерение пульса с руки.

Датчик пульса (кардиомонитор) с нагрудным ремешком

Пульсометры с нагрудным ремнем обеспечивают самые правдивые результаты. Электрод, расположенный во внутренней стороне ремня, фиксирует информацию о пульсе, а потом передает ее или на приемник часы, или на экран тренажера в диапазоне частот 3 KHz, 5 KHz или Bluetooth Smart.

Многие пульсометры этого типа можно использовать как во время занятий спортом на открытой местности или в закрытом помещении, а также при занятия плаванием в бассейне или на открытой воде. Как правило, такие пульсометры (кардиомониторы) водостойкие и водонепроницаемость их колеблется от 10 до 50 метров.

Часы с измерителем пульса с запястья

Казалось бы, что это легко и просто, однако в настоящее время нет ни одного прибора, который мог бы снять точные данные о пульсе с запястья. Если Вы читаете в характеристиках спортивных часов о наличии встроенного датчика пульса и там говориться о 100% точности, можете быть уверены, что производитель преувеличивает. В вопросе измерения пульса существенно продвинулась марка Polar и по точности измерений и по скорости реакции на изменения пульса.

Разумеется, при измерении пульса с запястья (с руки) определенную информацию такой кардио гаджет фиксирует, однако точность информации будет невелика.

Функции датчиков пульса

Стандартные датчики пульса (кардиодатчики) совмещают в себе функции часов, секундомера, будильника, таймера, ведут подсчет количества сожженных калорий, измеряют шаги и много много чего еще, в том числе и встроенный в часы GPS, который существенно расширяет функции часов с пульсометром. Самыми распространенными марками пульсомтеров считаются финские марки Polar и Suunto и известный Garmin. Цена на пульсометры колеблеца от 4 000 руб до 60 000 руб в зависимости от набора встроенных функций.

При наличии GPS в часах, пульсометр определяет пройденную дистанцию (если пробежка осуществлялась на улице), скорость и темп. Какой пульсометр выбрать — зависит от ваших потребностей и вида спорта, которым Вы занимаетесь.

В целом, датчик пульса будет очень полезен в тренировках - это можно сказать другой подход к тренировкам. Часы с пульсометром подойдут в первую очередь тем, кто занимается бегом, триатлоном, фитнесом и другими кардиотренировками. Если вы относитесь к их числу, то Вам необходим пульсометр и лучше всего отдать предпочтение измерителю пульса с нагрудным ремешком.

В магазине "Спорт Лайф" Вы можете купить пульсометр или получить профессиональную консультацию, о том, какой пульсометр для Вас будет наиболее эффективен, отталкиваясь от Вашего вида спорта и Вашей потребности в тех или иных функциях.

Звоните по тел: 8-800-333-5782 (бесплатный по России), +7 (812) 951-57-82 (СПб), +7 (499) 705-28-56 (Москва).

Просмотров 3.2K

magazin-sportlife.ru