что такое пульсоксиметр в часах

Apple Watch или пульсоксиметр: что точнее измеряет уровень кислорода в крови

Провели эксперимент, затаив дыхание

Всё больше устройств способны измерить сатурацию — насыщение гемоглобина артериальной крови кислородом. Например, такая функция есть в Apple Watch Series 6. Но прежде чем рекомендовать их для мониторинга сатурации, мы решили сравнить показания умных часов и специального прибора, пульсоксиметра.

Методы исследования

Для теста мы использовали Apple Watch Series 6

с функцией «Кислород в крови» и недорогой медицинский пульсоксиметр Armed YX200, который одновременно показывает уровень насыщения гемоглобина кислородом и пульс.

Чтобы снизить вероятность ошибочных данных, мы вставили в пульсоксиметр новые батарейки и проводили измерения в помещении с комнатной температурой, а потом проверили устройства при нулевой температуре.

Замеры проводились как при обычном спокойном дыхании, так и после задержки дыхания на полторы-две минуты.

Есть нюанс

, что функция «Кислород в крови» не предназначена для медицинских целей и контролирует общее самочувствие пользователя.

При этом на показания часов влияет ряд факторов: густота волосяного покрова, плотность прилегания к запястью, температура тела и окружающей среды, наличие татуировок, движения рукой и даже пульс: при 150 и более ударах в минуту функция не работает.

Медицинский пульсоксиметр Armed YX200 можно использовать в домашних условиях. Устройство отображает сатурацию от 70% до 100% с точностью ±2%. Значения сатурации ниже 70% не определяются.

Точность показаний

Для начала мы проверили, как оба устройства измеряют сатурацию без задержки дыхания. На одной руке часы в четырех последовательных измерениях выдали 96%, 95%, 94% и 89%, хотя всё это время показатель на пульсоксиметре держался на уровне 99%.

Переместив часы на правую руку, мы снова сравнили результаты: на часах — 86%, тогда как на пульсоксиметре — 99%.

Затем мы задерживали дыхание. Спустя полторы минуты показатель на пульсоксиметре достиг 93%, на часах — 86%. Мы еще раз испытали часы на задержке дыхания: через 1 минуту 40 секунд цифры были равны 83% и 92% соответственно.

После экспериментов с дыханием снова провели обычный тест. В одном из замеров часы зафиксировали сатурацию 100%, тогда как на пульсоксиметре результат составлял 99%. Мы провели дополнительные замеры, и в одном случае оба прибора показали насыщение кислородом 99%.

Потом мы вышли на улицу и выполнили обычный замер при температуре 0 градусов (измерения проводились зимой). Часы снова работали нестабильно: два раза подряд мы получили нормальную для здорового человека сатурацию 99%, а затем два замера вовсе не удались.

В это время пульсоксиметр давал результаты в диапазоне от 96% до 99%. Во время пятого замера без задержки дыхания пульсоксиметр свидетельствовал о 96%, а часы — о 92%.

И напоследок сделали еще один тест. Попробовали приложить часы к пальцу, чтобы повысить точность измерения. Ведь «просветить» палец проще, чем запястье. Результат — 92%.

Измерение на пульсоксиметре через 15 секунд показало 99%.

Apple Watch не заменят пульсоксиметр

Чуда не произошло. Apple не скромничает, заявляя, что измерения Series 6 не годятся для медицинских целей. Как видно из тестов, показатели меняются от замера к замеру.

Более того, функция «Кислород в крови» накладывает множество ограничений: не двигайся, дыши спокойно, держи часы ровно и плотнее к коже, надень их выше кости и прочие нюансы

. При каждом из тестов мы то и дело сталкивались с ситуацией, когда часы не производили замер.

Если вы хотите точно следить за сатурацией в домашних условиях, лучше приобрести пульсоксиметр.

Источник

Как работает пульсоксиметр на часах и фитнес-браслетах с функцией измерения SpO2?

В одной из своих заметок, я высказал простую мысль о том, как еще вчера казавшаяся нам бесполезной функция измерения SpO2 сегодня стала чуть ли не ключевым индикатором новой болезни.

Кто бы мог подумать (да, Билл Гейтс в 2015 году предупреждал…), что весь мир накроет эпидемия коронавируса — заболевания, одним из главных симптомов которого и станет падение уровня кислорода в крови (SpO2) ниже 93%?

Это, конечно, здорово, что фитнес-браслетам нашлось столь важное применение, но подождите-ка секундочку. Разве можно доверять показаниям этих безделушек? Ну в самом деле, как браслет может провести анализ крови и определить количество содержащегося в ней оксигемоглобина? Здравый смысл подсказывает, что одними лишь цветными лампочками здесь не обойтись.

Этот вопрос волнует многих пользователей фитнес-трекеров, поэтому сегодня я постараюсь подробно рассказать о том, как именно эти устройства измеряют уровень кислорода в крови и можно ли доверять таким показаниям.

Что вообще такое пульсоксиметр?

Пульсоксиметр — это прибор, показывающий пульс и количество кислорода в крови. Точнее, он показывает процент гемоглобина в крови, содержащего кислород.

Зачем нам нужен кислород, как он попадает в кровь, что с ним происходит дальше — все это не имеет прямого отношения к основной теме. Подробнее об этом вы можете почитать у нас здесь.

Главное понять одну простую вещь — гемоглобин служит для доставки кислорода по всему телу и в идеале каждая его молекула должна соединиться в легких с молекулами кислорода. Но в реальности так не происходит и часть гемоглобина отправляется в долгий путь по кровеносной системе без молекул кислорода на борту.

Получается, кровь, которая прошла через легкие, состоит из гемоглобина, который смог захватить кислород (называется он оксигемоглобин) и бесполезного гемоглобина, не сумевшего подхватить частичку кислорода. Такой «бесполезный» гемоглобин называется дезоксигемоглобин.

Если, например, у нас в организме всего 1000 молекул гемоглобина и 950 из них захватили кислород, став оксигемоглобином, а 50 молекул решили прокатиться по кровеносной системе «налегке», тогда сатурация крови кислородом (SpO2) будет составлять 95%.

Пульсоксиметры и показывают процентное соотношение оксигемоглобина к общему количеству гемоглобина.

Так вот, некоторые фитнес-браслеты, смарт-часы и даже смартфоны имеют встроенный пульсоксиметр, принцип работы которого практически не отличается от профессионального медицинского оборудования, установленного в палатах интенсивной терапии. Это ровно те же маленькие лампочки и никакого забора крови, никаких анализов и других сложных процедур.

Как работает пульсоксиметр?

Как уже было сказано выше, пульсоксиметры в медицинских учреждениях и датчики SpO2 на фитнес-браслетах работают по одному и тому же принципу. Но небольшая разница, все же, есть. И заключается она в расположении датчиков.

В классическом пульсоксиметре, светодиодные лампочки находятся с одной стороны, а фотодиод — с противоположной. Светодиоды излучают свет, который проходит сквозь палец и попадает на фотодиод, размещенный с обратной стороны:

Обычно такие пульсоксиметры надеваются на палец или мочку уха. То есть, на ту часть тела, которую можно легко просветить. Соответственно, для фитнес-трекеров и смарт-часов такой вариант не подходит, так как просветить запястье не получится.

В этом случае фотодиод размещается рядом со светодиодами и уже анализируется отраженный свет:

Во всем остальном — никакой разницы. Везде используется один и тот же принцип, только в медицине анализируется свет, пропущенный через ткани, а в трекерах — отраженный от тканей. Хотя, бывают и профессиональные медицинские пульсоксиметры, работающие по тому же принципу, что и на фитнес-браслетах.

С этим разобрались. Но остается главный вопрос — каким образом простой свет может вычислить количество оксигемоглобина в крови? И почему, кстати, на иллюстрациях показаны только два светодиода — красный и инфракрасный? А где же привычные зеленые лампочки, раздражающие ночью своим ярким светом? Отлично, что вы задали столько интересных вопросов! Давайте по порядку на них отвечать.

Есть несколько простых фактов. Во-первых, гемоглобин поглощает свет. А во-вторых, оксигемоглобин (тот, что с кислородом) и дезоксигемоглобин (тот, что без кислорода) по-разному поглощают световые волны разной длины.

Постоянные читатели Deep-Review хорошо понимают, что такое световые волны и почему они бывают разной длины. Мы говорили об этом множество раз в статьях о матрицах смартфонов, о вреде излучения и пр. Но для всех остальных, вкратце повторюсь.

Свет — это электромагнитная волна. Словно волны на море, свет распространяется в пространстве. Если свет падает на какой-то предмет, часть его волн поглощается, а часть отражается (ударяется о предмет и направляется к нам в глаза). Те волны, что дошли до нашего глаза интерпретируются мозгом как определенный цвет. А зависит это от длины волны:

Если к нам в глаз попали короткие волны, скажем, длиной 440 нанометров (1 нанометр — это одна миллиардная часть метра), тогда мозг говорит, что та точка, от которой эта волна отразилась, пусть будет синего цвета. А если от какой-то точки отразились волны, длиной 550 нм, мозг «раскрашивает» ее в зеленый цвет. Вот так мы и видим цвета окружающего мира.

Теперь посмотрите, как поглощается свет гемоглобином в зависимости от длины волны (то есть, цвета) и типа гемоглобина (окси- или дезоксигемоглобин):

Как видим, свет с длиной волны 650 нанометров практически не поглощается оксигемоглобином (с кислородом), но в то же время максимально поглощается дезоксигемоглобином (без кислорода). На рисунке, соответственно, синий график в этой точке (650 нм) достигает максимума, а другой — минимума.

И если волны длиной 650 нм очень хорошо поглощаются дезоксигемоглобином, то волны длиной 950 нм поглощаются им очень плохо.

Соответственно, в пульсоксиметре используется два светодиода. Первый излучает красный свет, длина волны которого равняется примерно 650 нм. А второй — инфракрасный, длина волны которого равняется 950 нм:

Еще раз, оксигемоглобин поглощает больше инфракрасного света, чем красного, а дезоксигемоглобин, наоборот, гораздо лучше поглощает красный, чем инфракрасный свет. Это хорошо видно на последнем графике.

Получается, чтобы определить уровень насыщения крови кислородом, нужно узнать, сколько инфракрасного и красного света было поглощено гемоглобином. Чтобы стало понятнее, как это происходит, давайте рассмотрим 3 простых примера.

Пример 1

Представим, что весь гемоглобин в данный момент переносит кислород. Соответственно, красный и инфракрасный свет будут поглощаться так, как на кривой поглощения света оксигемоглобином (см. график выше):

Когда отраженный свет попадет на фотодиод нашего фитнес-браслета, он вычислит, сколько красного и инфракрасного света было поглощено гемоглобином и решит, что SpO2 = 100%. То есть, весь гемоглобин переносит кислород.

Пример 2

Вторым примером рассмотрим противоположную ситуацию, которой в жизни быть не может. Представим, что ни одна молекула гемоглобина не переносит кислород. То есть, насыщение крови кислородом не произошло. Соответственно, теперь степень поглощения красного и инфракрасного света будет в точности соответствовать кривой дезоксигемоглобина:

В сером квадратике мы видим совершенно другое соотношение красного и инфракрасного света. Выходит, SpO2 (уровень насыщения крови кислородом) = 0%.

Пример 3

В третьем примере рассмотрим ситуацию, когда уровень кислорода в крови составляет 50%. В этом случае, количество поглощенного красного и инфракрасного света будет чем-то средним между кривыми окси- и дезоксигемоглобина:

В сером квадратике на картинке мы снова видим другое соотношение красного и инфракрасного света, соответствующее SpO2 = 50%.

Довольно просто, не так ли? Светодиоды загораются на несколько миллисекунд, свет проходит через ткани и артерии, отражается (в основном от кости) и возвращается на фотодиод. Затем браслет сравнивает количество света, излученного светодиодами с количеством отраженного света и определяет степень поглощения в красном и инфракрасном спектре.

Так гладко получается только «на бумаге»…

Конечно же, это очень упрощенная модель, рассчитанная на идеальные условия, которые не могут быть достигнуты даже теоретически. На ум сразу же приходят множество потенциальных проблем, которые нужно как-то решать.

Например, понятно, что далеко не весь свет будет поглощаться гемоглобином, а остальной — возвращаться на фотодиод. Очень много света будет рассеиваться внутри тканей нашего тела. И пульсоксиметру нужно как-то понять, какая часть света была поглощена в крови, а какая — просто рассеялась.

Решается эта проблема специальной калибровкой при производстве устройства. И состоит она в том, что уровень кислорода измеряется пульсоксиметром и специальным лабораторным оборудованием. Человек должен понижать количество кислорода в крови и показатели сравниваются. Затем создается специальный калибровочный график, который используется в дальнейшем при измерениях браслетом.

Есть и другая, более сложная проблема. Все мы люди разные. Одно дело проводить измерение на худощавом запястье, где артерии видны невооруженным глазом и совсем другое — на запястье человека, страдающего лишним весом. Чем толще кожа или жировая ткань, тем больше света будет поглощено внутри тканей и это не имеет никакого отношения к уровню кислорода в крови.

Решение этой сложной проблемы оказалось довольно простым. Нужно всего лишь игнорировать поглощение света тканями и анализировать только поглощение света артериальной кровью! Но как это сделать?

Во время измерения, все ткани, кроме артерий, будут поглощать свет одинаково. Дело в том, что артериальная кровь постоянно пульсирует и это будет влиять на количество поглощенного света. Ведь, чем больше крови в артерии, тем больше материала, поглощающего свет. Получается, при измерении датчик будет постоянно видеть периодические «изменения SpO2», причем меняться значения могут каждые пол секунды (в зависимости от пульса).

Соответственно, показания будут состоять из двух наборов данных: той части, что остается неизменной, и той, что меняется в такт пульса. Первый набор данных бесполезен — он сообщает лишь о количестве света, поглощенного в тканях, а вот второй «пульсирующий» набор данных и сообщает нам о сатурации крови кислородом.

Если по какой-то причине браслет не сможет поймать такт, то есть, точно определить пульс, он не сможет и точно определить SpO2 (уровень кислорода в крови).

И это далеко не все проблемы. Но, к счастью, все они решаются и, как показывает практика, современные фитнес-трекеры могут очень точно определять уровень сатурации крови кислородом. Правда, лучше всего у них это получается, когда пользователь находится в состоянии покоя. Так как любые движения создают серьезные помехи в сигнале.

Последнее, что хотелось бы добавить. Как мы увидели, весь принцип работы пульсоксиметра основан на одном простом принципе — красный и инфракрасный свет по-разному поглощается кровью. Соответственно, если фитнес-трекер или умные часы не оборудованы красным и инфракрасным светодиодами, они не смогут измерять уровень SpO2. Зеленые лампочки для этого не подходят.

Алексей, главный редактор Deep-Review (alexeysalo@gmail.com)

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!

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?

Источник

Лучшие часы с пульсоксиметром (SpO2) в 2021 году

Уже достаточно давно на рынке появились смарт-часы и фитнес-браслеты с пульсоксиметром (датчиком SpO2). Измерение уровня кислорода в крови умными часами может показаться сложным и немного бессмысленным, все-таки это не медицинское устройство, но такая функция может помочь диагностировать низкий уровень насыщения кислородом при симптомах апноэ сна или первых признаках гипоксии, а также сможет помочь спортсменам контролировать восстановление организма.

Неудивительно, что самые известные в мире носимых устройств бренды стали оснащать датчиками уровня насыщения крови кислородом. Fitbit, Garmin, Withings и Huawei уже полным ходом оснащают датчиком SpO2 свои смарт часы. Если верить слухам, то уже в этом году к этим компаниям присоединится Apple, «наградив» Apple Watch Series 6 такой функцией.

Что означают показатели пульсоксиметра?

Расшифровывается аббревиатура SpO2 следующим образом:

У здорового человека уровень кислорода в крови составляет 95-100%, а более низкие значения могут указывать на развитие заболеваний легких или на проблемы с сердечно-сосудистой системой. Если же уровень SpO2 ниже 90%, это может свидетельствовать об острой дыхательной недостаточности и стать поводом обратиться к врачу.

Но, стоит отметить, что насыщение кислородом крови – это индивидуальный показатель, поэтому у разных людей он может отличаться. Идеального или стандартного значения не существует. К тому же, датчик SpO2 в смарт-часах не может гарантировать медицинскую точность измерения и не предназначен для диагностики или лечения заболеваний. Все полученные данные можно использовать только в ознакомительных целях.

В этом рейтинге, а точнее подборке мы постарались собрать лучшие модели смарт-часов с функцией измерения насыщения крови кислородом, представленные на рынке. Также рекомендуем ознакомиться с рейтингом лучших фитнес-браслетов с датчиком SpO2 и пульсоксиметров на палец.

Garmin Forerunner 245/245 MUSIC

Для любителей бега, езды на велосипеде или плавания Garmin Forerunner 245 станет отличным помощником. Корпус круглой формы водонепроницаем до 50 метров, а трансфлективный экран размером 1,2 дюйма с разрешением 240×240 пикселей поддерживает функцию «всегда включен». От царапин и сколов дисплей защищает закаленное стекло Gorilla Glass 3 поколения, а также безель, который выступает на 0,1мм.

Производитель заявляет, что точность измерения сатурации достаточно высока и погрешность составляет не более 5%. Для максимально точного измерения можно использовать нагрудные датчики, которые синхронизируются с часами по протоколу ANT+.

Что касается функционала то он здесь внушительный. Garmin Forerunner 245 может:

Литиево-ионный аккумулятор заряжается при помощи специального магнитного кабеля с USB разъемом примерно за 2 часа. Одной полной зарядки хватит на 14 дней, если часы использовать без синхронизации со смартфоном, на 11 дней при подключении к телефону и получении уведомлений, с включенным GPS гаджет проработает около суток. Так что время автономности зависит от интенсивности использования смарт-часов.

Основные характеристики Garmin Forerunner 245

Источник

Чем измерять уровень кислорода в крови и почему это важно?

Затруднение дыхания или одышка причисляются ВОЗ к числу серьезных симптомов COVID-19. Одновременно ученые фиксируют так называемую «тихую гипоксию», когда у зараженного пациента снижается уровень кислорода в крови, но он не замечает, что с ним что-то не так. И к моменту поступления в больницу его состояние может сильно ухудшиться. По новым данным, использование пульсоксиметра в домашнем мониторинге помогает заболевшим людям из высокой группы риска. Каким образом? И какое место в этом деле могут занять умные часы?

Насыщение крови кислородом показывает, сколько его связано в гемоглобине, белке, содержащемся в клетках крови. Большая часть гемоглобина насыщается кислородом при прохождении крови через легкие. С помощью пульсоксиметра это значение можно измерить. Такой метод часто обозначается аббревиатурой SpO2 («периферическая кислородная сатурация»). Норма у здорового человека — выше 95% (например, 95% гемоглобина связано с кислородом, а 5% нет).

Какая польза от пульсоксиметра дома?

Исследование, о котором говорилось во вступлении, было проведено в Южной Африке. Восемь тысяч человек из высокой группы риска с выявленным COVID-19 получили пульсоксиметры для мониторинга сатурации дома. Они должны были фиксировать показания дважды в день и обращаться за помощью, если уровень кислорода опускался ниже 90%. Исходя из уровня смертности в контрольной группе, в исследуемой группе ученые предполагали гибель 95 человек. К концу эксперимента умерло 49.

Ученые делают вывод: «домашний мониторинг с использованием пульсоксиметра у пациентов с высоким риском тяжелого развития COVID-19 привел к снижению вероятности смерти на 48% по сравнению с контрольной группой». В исследовании этот факт объясняется тем, что люди, контролирующие уровень кислорода в крови в течение своей болезни, раньше обращались за медицинской помощью. Текст работы можно прочитать по ссылке.

Надо ли здоровому человеку отслеживать свой кислород самому дома?

Скорее нет, чем да. Потому что показания пульсоксиметра нельзя воспринимать в отрыве от общего контекста здоровья человека или использовать для диагностики заболеваний, особенно коронавируса. Кроме того, масса вещей может вызывать дыхательную недостаточность, что способно отразиться на показаниях пульсоксиметра.

Как показывает указанное выше исследование, пульсоксиметр однозначно полезен, если вы заболели и находитесь в высокой группе риска. Есть еще группа людей, которым нужно самостоятельно контролировать насыщенность крови кислородом по долгу службы: спортсмены, альпинисты или люди, работающие на большой высоте над уровнем моря.

Как работает пульсоксиметр?

Насыщенность крови кислородом давно используют для оценки дыхательных функций при различных заболеваниях в больницах, при проведении медицинских процедур, но с началом пандемии о пульсоксиметрах узнали не только специалисты.

Прибор, как прищепка, помещается на кончик пальца или мочку уха. Он излучает насквозь красный и инфракрасный свет, который фиксируется датчиком снизу. Кровь, насыщенная кислородом, поглощает больше инфракрасного света, а пропускает больше красного, и наоборот. Устройство анализирует эту «яркость крови» и показывает результат в процентах на небольшом экране.

В умных часах и браслетах светодиоды излучают свет, который проходит сквозь кровь, отражается тканями и воспринимается датчиком на устройстве. Дальше вступают в дело вычисления и алгоритмы, но принцип анализа цвета крови остается прежним.

Преимущество такого метода в удобстве пользования, ведь часы постоянно с вами и данная функция работает даже во время сна. К тому же умные часы обычно не ограничены этой возможностью и предлагают целый ряд функций для здоровья, например измерение пульса, спортивной активности, подсчет шагов и напоминание о безделье.

Вот как выглядят результаты замеров сатурации клинически здорового автора статьи. В измерениях использовались сертифицированный в Беларуси пульсоксиметр Beurer, а также целый ряд популярных умных часов и браслетов.

Все мы разные, и масса параметров нашего здоровья воздействуют на точность измерений пульсоксиметра и часов. Среди прочего, например, могут повлиять:

Как часто измерять?

Несколько раз в день с повторением через несколько минут после первой попытки, соблюдая все условия.

Исследование, проведенное в 2019 году, показало сильные колебания SpO2 у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких в течение дня и от одного дня к последующим. Высокий процент достоверных данных удалось получить за семидневный период (днем — 93,27%, ночью — 99,31% данных). Одновременно выяснилось, что в период физической активности (от умеренной до высокой) процент верных результатов составил лишь 67,86%. Поэтому не рекомендуется замерять содержание кислорода в крови, находясь в движении.

Как измерять сатурацию на умных часах?

Чтобы измерить уровень насыщенности крови кислородом, на умных часах или браслете следует найти иконку подходящего приложения, например, с надписью SpO2. В некоторых моделях (скажем, Galaxy Watch4) такая функция включается через привязанное фирменное приложение на смартфоне.

В Каталоге функция обозначена отдельным параметром, и вы можете отфильтровать все соответствующие модели. Вот ссылка.

Умные часы можно использовать как медицинский прибор?

Пока нет. Исследования по определению точности их показаний еще продолжаются. Поэтому производители (Huawei, Apple, Samsung, Xiaomi) честно говорят: «Данные, полученные при помощи устройства, предназначены только для справки, а не для медицинского использования».

23 сентября 2021 года на портале Scientific Reports опубликовано любопытное исследование. Ученые сравнивали измерения SpO2, сделанные часами Apple Watch 6 и двумя коммерческими пульсоксиметрами. Участие принимали 100 пациентов с хронической обструктивной болезнью легких и интерстициальной болезнью легких из амбулаторной клиники пневмологии. По ходу исследования в разных группах больных ИЗЛ и ХОБЛ, а также здоровых людей ученые не наблюдали значительных различий между Apple Watch и пульсоксиметрами при измерении SpO2 и частоты сердцебиений. Исследователи делают вывод: «Apple Watch 6 — это надежный способ измерения частоты сердечных сокращений и SpO2 у пациентов с заболеваниями легких в контролируемых условиях».

Источник