Как умные часы, спортивные трекеры и прочие гаджеты измеряют пульс? часть 2

Как умные часы, спортивные трекеры и прочие гаджеты измеряют пульс? часть 2

Июнь 30, 2017

intellcity

Привет всем!Продолжаем увлекательное путешествие в мир измерителей пульса. В первой части мы поведали про способы измерения на базе ЭКГ и плетизмографии — самые популярные на рынке. Способ оптической плетизмографии применен и в отечественном проекте EMVIO – часах, каковые измеряют ваш стресс.
Смотрите кроме этого: Alcatel производит дешёвые умные часы

На выставке бытовой электроники СES 2015, которая начнётся 6 января, компания Alcatel на своём стенде продемонстрирует личные умные часы. На изображении виден круглый дисплей с четыремя разными вариациями ремешков, выглядящих достаточно стильно. Компания говорит, что их основной целью был обыденный внешний вид новинки, тогда как ПО в девайса разрешит применять приложения для контроля за повседневной деятельностью человека.

Компания проекта EMVIO стартует на платформе Кикстартер 17 марта 2015 года. Мы фактически завершили всю организационную работу, на данный момент ведется финальная верстка странички на Кикстартере. Вы имеете возможность подписаться на рассылку на промо-сайте проекта, что бы быть в курсе всех новостей. Предлагаем поддержать отечественный проект. Все подробности и ценовые предложения будут представлены в отдельном посте перед компанией .

Для самых первых (Early bird) бэкеров мы подготовили ограниченное количество часов EMVIO за $129 USD. А на данный момент продолжим. Как же еще возможно измерить пульс?

1. Измерение пульса на базе сфигмографииЭтот метод известен каждому, просто не все знают, что он так именуется. Метод сфигмографии реализует регистрацию артериального пульса по деформации стены сосуда артерии. В итоге получается кривая подобная плетизмографии.

Регистрацию пульса необходимо проводить в местах, где артерии подходят близко к поверхности кожи, к примеру с тыльной стороны запястья либо выше локтя, где лучевая артерия идет одним стволом. Биение стены артерии мало, исходя из этого для усиления сигнала в конце 19 века был изобретен уникальный метод: пережатие артерии до отметки, в то время, когда артерия еще пропускает кровоток, но формирует препятствие ударной волне крови.

В этом случае появлялись сильные пульсации, каковые возможно фиксировать механическими средствами.На основное фото поста вынесено изображение первого устройства — смигмографа, доведенного до использования на практике. Похоже на метатель дротиков Ван-Хельсинга. Изобретение французского физиолога Этьен-Жюля Маре. Фактически носимый гаджет 1863 года выпуска.

Аппарат придавливал артерию посредством регулировочного механизма, механическим методом усиливал амплитуду пульсовой волны и создавал перьевую запись механических колебаний на бумагу. Это был прообраз привычной всем манжеты для измерения давления.Вот тут посмотрите анимированный принцип работы этого устройства и его конструкцию в 3DВ целом процессы, каковые происходят в сосудах артерии при ее пережатии, достаточно сложны.

Изучение этих вопросов актуально, если вы желаете измерять давление. В то время, когда нужен легко пульс, то схему регистрации возможно упростить: убрать манжету, звуковой датчик (микрофон) либо простой стетоскоп заменить механическим датчиком – пьезоэлементом. Данный элемент трудится в режиме прямого пьезоэлектрического результата (деформация — поляризация) и может регистрировать деформации на уровне микрометров.

ПьезосенсорИдея метода на базе пьезоэлемента прекрасно раскрыта в патенте Wrist plethysmograph US 20070287923 A1. На картине продемонстрирована схема устройства.

На датчик трудится вся конструкция устройства — ремешок снабжает растягивающее упрочнение на краях пьезодатчика и делает роль необычной манжеты, корпус придает опору и необходимую жёсткость.Патентованный метод регистрации пульса на базе пьезодатчика.Вычисление пульса по сфигмограмме такое же, как в плетизмографии, поскольку приобретаемые пульсовые кривые фактически аналогичны.При практической реализации смогут быть нюансы, которые связаны с личными изюминками. Имеется занимательное изучение, в котором изучалась зависимость амплитуды пульсового сигнала от силы давления пьезодатчика, личных параметров руки больных и т.п.

Датчик к запястью подводился шаговым двигателем с обратной связью и, так, нормировалось сила нажатия. В статье указывается, что разброс личных давлений высокий, и появляются неприятности с регистрацией у людей с избыточным весом с увеличенной толщиной жирового подкожного слоя. Имеется над чем поработать.HealBeПринцип механического измерения пульса реализован в нашумевшем браслете HealBe Go.

Браслет HealBe Go применяет пьезодатчк для измерения пульса.В соответствии с заявленным параметрам, сигнал пульсовой волны считывается с запястья посредством пьезоэлектрического датчика давления. В научно-техническом отчетеразработчиков HealBe приведен пример пульсовой кривой с датчика, форма волн в полной мере типовая для сфигмографии и плетизмографии. Что весьма интересно, ни в одном известном нам гаджете таковой метод не употребляется.

Так что HealBeGo возможно сообщить пионеры. Эластичные датчикиЕсть научные исследования и концепты по применению аналогичных датчиков. Вот пример статьи, где обрисована реализация ультратонкого эластичного датчика на базе золотых нанотрубок.При изгибе поверхности датчика появляется дельта тока.

Данной дельты достаточно, дабы фиксировать динамическую составляющую давления от 13 Па (для сравнения: 1 Па (Н/м2) равен 7,50062 мкм ртутного столба) (из этого, микс из figure 1 и 6).Датчик фиксируется на коже недалеко от запястья и регистрирует пульсовые волны. Изучение датчика продемонстрировало, что на амплитуду сигнала воздействует уровень текущего звукового фона, к примеру музыка и голос, что в полной мере ожидаемо.Вот еще пример датчика на базе 2D-массива пьезоячеек.Микротехнологии в действии (из этого, забрано из figure 1).Данный датчик более идеален и функционально закончен: содержит схему первичного усиления и имеет контакты для подключения.

Вот примеры наклейки датчика на разные части тела.Датчику дешёвы каждые точки (из этого, забрано из figure 4) В случае если снимать сигнал с шеи и запястья, то возможно реализовать способ измерения кровяного давления на базе вычисления относительной скорости пульсовой волны (pulse wave velocity (PWV)) между артерией на шеи и артерией на запястье (по сдвигу фаз между сигналами). Фактически в статье датчик позиционируется для ответа этой задачи.

Вот вам хорошие идеи для будущих гаджетов-пульсомеров.Вероятно не так долго осталось ждать мы заметим эластичные полупрозрачные браслеты для измерения пульса. Эластичные аккумуляторная батареи уже показались. 2. Измерение пульса на базе баллистокардиографииМетод баллистокардиографии применяет эффект детонации тела от ударной волны при прокачке крови по сосудам.

В клинической практике использовался не для измерения пульса, а для анализа динамических показателей кровотока.Еще один мегадевайс из прошлого. Страшно? (картина забрана из этого)Знаком являются механические колебания тела под действием ударной волны от прокачки крови по сосудам. Думаю многие, лежа в кровати, подмечали данный эффект.

Вот тут весьма несложная демонстрация принципа работы в фотографиях.На современном уровне данный метод был реализован в виде умной подушечки Darma для контроля осанки. Со времен университета у меня в памяти баллистокардиография ассоциировалась с громоздким устройством, и я был приятно удивлен этим проектом в плане выбора метода регистрации пульса. Проект прекрасно выступил на Кикстартере.Женщина в зеленом платье смотрит за собственной осанкой посредством Darma.

Почувствуйте отличие с мужиком на качающемся столе, за это мы и любим такие проекты.Пульс выступает скорее как дополнительный параметр, главное – это контроль правильности осанки. На их рекламных материалах представлен основной вид баллистокардиограммы (BCG) и ее особенные точки. Значения пульса вычисляются между локальными максимумами (точка J).

Увлекательное устройство, но если вы всегда вертитесь и ерзаете на своем стуле, это решение не для вас.Вот еще гаджет Beddit. Он сделан в форме ремня и кладется в постель под тело человека на протяжении сна. Женщина в белом и гаджет Beddit.

Для мужчин – версия кардинально тёмного цвета.Прибор позиционируется как монитор сна. Он может регистрировать пульс, кривую дыхания, фазы сна. Кроме этого реализован “умный будильник”. Вот так выглядит его сигнал.Сигнал баллистокардиограммы с Beddit.

На фоне дыхательных колебаний видны детонации сердца (забрано из отчета.) В принципе такие устройства возможно встраивать прямо в матрасы либо делать в виде детских пеленок, одеял и т.п. Для двуспальных вариантов возможно зонировать области регистрации. Будить вибромотором.3. Измерение пульса на базе фонокардиоскопииСпособ основан на регистрации звуковых шумов при работе и биении сердца его клапанов. Посредством этого метода выполняют диагностику нарушений в работе клапанов и сердца.

Самая несложная реализация — приложить микрофон либо простой стетоскоп к сердцу, зафиксировать его и слушать низкочастотные биения-шумы.Послушайте, как бьется сердце. Кадр из фильма “Бриллиантовая рука.”В принципе для регистрации пульса достаточно вычислять звуковые удары, но имеется маленький нюанс. Сигнал фонокардиоскопии содержит в себе так именуемые тона – осцилляции, которые связаны с систолой-диастолой сердца, работой ее клапанов и просто непериодические шумы.

На любой сердечный цикл в норме приходится пара тонов, в большинстве случаев выделяют 4 тона (их обозначают римскими цифрами). Главные: I тон – начало диастолы, II тон – начало систолы. В английской литературе различают сегменты S1 (first heart sound) – начало систолы и S2 (second heart sound) – начало диастолы.

В зависимости от места прослушивания относительная амплитуда тонов может изменяться. Вот пример сигнала.Примеры сигнала фонокардиоскопии: слева синхронно с ЭКГ и главные тона (из этого), справа пример автоматизированной сегментации сигнала в норме. (из этого)Кончено, на данный момент, в то время, когда УЗИ-аппарат с способом диагностики на базе результата Доплера стал простым медицинским устройством, дешёвым в любой больнице и поликлинике, фонокардиография пара утратила собственную клиническую значимость.

Но стетоскопы некуда не убежали и являются самым популярным и дешёвым средством первичного осмотра. Исходя из этого в полной мере конечно, что разработчики гаджетов взялись за них. У вас в стетоскопе нет блютуса?

Тогда мы идем к вам! На рынке предлагается множество таких устройств.Вот пример для того чтобы гаджета-гибрида от компании Thinklabs Medical LLC. Версии умных стетоскопов Thinklabs: от имитации классики, до минимализма.Большой плюс для того чтобы метода в том, что данный функционал дешёв фактически в любом телефоне. Датчик–микрофон уже на борту.

Для чего тогда стетоскоп? Неудивительно, что уже создана программа для IPhone, которая именуется iStethoscopePro. Экраны iStethoscopePro (разработчик Peter_J._Bentley).Оказалось, что это достаточно популярное приложение, и что самое занимательное, по словам Питера Бентли, им пользуются доктора, т.к. оно разрешает записывать и воспроизводить шумы сердца. Имеете возможность испытать, как оно трудится. Вот пример программы SKEEPER Heart Rate под Андроид.Экраны SKEEPER Heart Rate.

Прижми и слушай.Все-таки весьма интересно, как смартфоны неспешно вбирают в себя функциональность, которая изначально не планировалась. В следующем разделе вы заметите пример фантастической возможности применения смартфона для регистрации пульса.4. Измерение пульса на базе биорадиолокаторовВесьма уникальный и, возможно сообщить смело, инновационный метод регистрации пульса.

Вероятно медицинский трикордер в Стартреке был оснащен как раз таким датчиком. (Кадр из сериала Star Trek: The Original Series)Употребляется хорошая разработка радиолокации на базе сверхширокополосных (Ultra-Wide Band) сигналов. Излучается сигнал, он отражается от внутренних органов, сердца и грудной клетки, соответственно время прибытия (time-of-fight) отраженного сигнала будет зависеть от расстояния до антенны, подвижности грудной сердца и клетки.Модель формирования временных черт отраженного UWB сигнала в грудной клетке (из этого).

Разбирая низкочастотную периодическую модуляцию задержки возможно выделить дыхательную и пульсовую составляющую. Вид сигнала и его спектральная плотность мощности продемонстрированы на рисунке. Сигнал формируется по первой производной функции Гаусса.UWB границы и сигнал спектрального диапазона (из этого).

Один из первых патентов на такое устройство датирован 1996 годом. Создатель Thomas E. McEwan US 5573012 A Body monitoring and imaging apparatus and method. Функциональная схема устройства пульсового радара и вид выходных сигналов.На сегодня иследования применения UWB радаров в медицине выходят систематично.

Возможно загуглить UWB heart rate radar.В Российской Федерации имеется несколько UWBgroup.ru, на базе НИИ Сверхширокополосных разработок Столичного авиационного университета (НИЦ СШП МАИ), которая занимается разработкой медицинских радаров. Работу группы возможно взглянуть по публикациям на их сайте.

Вот пример прототипа для того чтобы радара для измерения пульса, что создан участниками данной научной группы.расположение и Внешний вид СШП радара (из тезисов).на данный момент эта тема очень популярна, с учетом того, что сам по себе диапазон UWB весьма перспективен для передачи данных на гигабитный скоростях (сверхширокополосная сообщение) и на рынке показались недорогие радиопередающие модули. В итоге — воистину фантастические возможности! Мониторинг пульса через стенки!

Поиск живых людей под завалами. Применение смартфонов в качестве генератора зондирующего сигнала! Антитеррористические многолучевые совокупности для обнаружения странных лиц.Биорадиолокация для спецприменений. Смартфон может употребляться как генератор зондирующего радиосигнала (из этого). Само собой разумеется это лишь мысль.Собаки в тренде.На сегодня нам удалось отыскать лишь одно подобное устройство, доведенное для популярного продукта.

Это собачий браслет Voyce. Браслет-ошейник для мониторинга здоровья вашей собаки.Для людей до тех пор пока ничего аналогичного не предлагается. По всей видимости, имеется неприятности с сертификацией таких излучателей для применения людьми, но вероятно это временные неприятности. В общем, прочим домашним и собакам любимцам носить уже возможно.Ну вот наподобие и все.

Технологии не стоят на месте, и мы еще в обязательном порядке заметим оригинальное прочтение и необычные “решения” хороших способов регистрации пульса на собственных запястьях.PS: Да, еще пульс возможно измерять посредством ультразвука, мониторя сокращение стенок сердца. Это штатная функция любого кардиологического УЗ-аппарата, но в носимых гаджетах пока не используется, не смотря на то, что имеются портативные, размером с маленький фен. Но всё-таки это уже практически полноценный аппарат для клинической диагностики.До тех пор пока!

Всем хорошего здоровья!И еще раз пригашаем вас на сайт отечественного проекта EMVIO.

Как умные часы, спортивные трекеры и прочие гаджеты измеряют пульс? часть 2

Случайная статья:

ТОП 5 фитнес трекеров. Гаджетариум, выпуск 92

Похожие статьи:

Закрепленное видео

Свежие

Записи

Рубрики