23 апреля 2020
Сколько кислорода в крови? Гаджет ответит?
Макс Любин
Привет!
Вот и я не смог пройти мимо злободневной темы, не сходящей со страниц большинства информационных изданий всего мира. Думаю, вы догадываетесь, о какой теме идет речь. Но сделать я это решил немного по-своему. За последнее время «в ящике стола» у меня накопилось немало разнообразных устройств, относящихся к категории «носимая электроника», и среди них есть энное количество тех, что умеют не только считать шаги.
Одним из симптомов заболевания коронавирусом является чувство нехватки воздуха, которое появляется из-за пневмонии или отека легких. Логично, что при этом снижается качество дыхания – в кровь попадает меньше кислорода, соответственно, снижается насыщенность крови кислородом. Для измерения уровня кислорода в крови давно существует специальный прибор – пульсоксиметр. Прелесть этого прибора заключается в принципе его действия, при котором не требуется инвазивное вмешательство, а само измерение происходит относительно быстро – в течение нескольких секунд.
Вот как в Википедии описан принцип действия этого прибора:
«В основу метода положено 2 явления. Во-первых, поглощение гемоглобином (Hb) света двух различных по длине волн меняется в зависимости от насыщения его кислородом. Во-вторых, световой сигнал, проходя ткани, приобретает пульсирующий характер вследствие изменения объёма артериального русла при каждом сердечном сокращении. Пульсоксиметр имеет периферический датчик, в котором находится источник света двух длин волн — 660 нм (“красный”) и 940 нм (“инфракрасный”). Степень поглощения зависит от того, насколько гемоглобин крови насыщен кислородом (каждая молекула Hb способна присоединить максимум 4 молекулы кислорода). Фотодетектором регистрируются изменения цвета крови в зависимости от этого показателя»
То есть, если говорить максимально простым языком, для измерения уровня насыщенности крови кислородом необходимо просто просветить кровь и оценить ее цвет.
Учитывая, что в фитнес-браслетах и смарт-часах измерение частоты сердечных сокращений реализовано похожим способом, глупо было не воспользоваться этой возможностью и не добавить функцию измерения уровня насыщенности крови кислородом в такое устройство, чем и воспользовались некоторые производители носимой электроники.
Сложно ответить, насколько эти знания помогут рядовому обывателю обратить внимание на проблему и вовремя обратиться за помощью, но сложно спорить с тем фактом, что наличие возможности хуже, чем ее отсутствие, пусть даже это и нужно лишь для собственного успокоения. Но это простой обыватель. А как быть со спортсменами, которые постоянно следят за показателями своего организма?
Однако главное в этом во всем то, насколько такие датчики отображают реальное положение вещей и насколько они точны в своих измерениях. К сожалению, раздобыть профессиональный пульсоксиметр в текущих условиях самоизоляции оказалось очень непросто, поэтому вместо ответа на вопрос, насколько фитнес-браслеты и смарт-часы точны в своих измерениях, попробуем сравнить их между собой и оценить, насколько отличаются их показания. Это позволит ответить хотя бы на один вопрос – насколько такие показания вообще можно воспринимать всерьез. И стоит ли им доверять в принципе.
Если все устройства покажут примерно одинаковый результат, то можно будет говорить о том, что технология, по крайней мере, работает. И уже потом можно будет взять любое из этих устройств, провести сравнение с профессиональным пульсоксиметром и получить ответ о точности измерений всех этих устройств. И совсем другое дело, если окажется, что данные, полученные с разных гаджетов, сильно разнятся. Это будет означать необходимость дополнительных измерений с целью выяснить, кто облажался, и может получиться так, что ответ будет – все, либо никто. Но любой, даже самый длинный путь начинается с первого шага.
Итак, среди испытуемых у нас сегодня присутствует пять устройств:
- Смарт-часы Smarterra FitMaster Aura Pro
- Смарт-часы Jet Sport SW5
- Фитнес-браслет Honor Band 5
- Фитнес-браслет Canyon Sporty SmartWatch
- Фитнес-браслет Smarterra FitMaster 5.
Оставим за скобками возможности каждого из устройств и сосредоточимся на основной для сегодняшнего исследования функции – измерении уровня насыщенности крови кислородом.
Для точности измерений и объективности результатов (если такой термин применим в этих условиях) измерения каждым устройством будут выполняться в максимально одинаковых условиях:
- На одном и том же месте одной и той же руки;
- С одинаковым натяжением ремешка;
- Будет выполнено по три измерения каждым устройством;
- Измерения будут выполняться в течение максимально короткого перерыва между попытками и без изменения физической активности (буду сидеть на одном месте, при этом не буду вставать и ходить);
- Ну и при измерении буду стараться дышать одинаково размеренно в естественной и свойственной мне манере.
В итоге после всех измерений постараемся ответить на вопрос о том, насколько совпадают результаты измерений на устройствах разных производителей. В зависимости от результатов сегодняшнего тестирования будет принято решение:
- В случае больших расхождений итоговых результатов измерений – о последующем сравнении всех устройств с пульсоксиметром.
- В случае небольших расхождений итоговых результатов измерений – о последующем сравнении одного из устройств с пульсоксиметром.
Приступим непосредственно к измерениям.
Измерения будут происходить в том же порядке, в котором устройства перечислены в списке выше.
Smarterra FitMaster Aura Pro.
Первый на очереди Smarterra FitMaster Aura Pro – интересное устройство от компании Smarterra, про которое я не так давно рассказывал.
Итак, ниже представлены по три результата измерений для каждого из устройств с комментариями о нюансах процесса измерений.
1 измерение 
2 измерение 
3 измерение
У этих часов процесс измерения отображается на экране, и в процессе можно видеть не только как значение меняется чуть ли не каждую секунду, но и анимированную заставку в виде реторт и стилизованных химических схем. После окончания измерения часы коротко вибрируют, и итог измерения остается на экране на несколько секунд в виде статичного изображения.
По итогу всех трех измерений Aura Pro показали разный результат, отличающийся на одну единицу в большую или меньшую сторону от предыдущего. Получается, что при каждом следующем измерении кровь насыщалась кислородом лучше или хуже. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, так как дышим мы по-разному и, кроме того, процент насыщения крови кислородом – это весьма непостоянная величина из-за особенностей физиологических процессов в организме.
Идем дальше. На очереди следующий претендент.
Смарт-часы Jet Sport SW5
Процесс измерения выглядит немного странно – на экране не отображается ничего, кроме индикации, что процесс идет. По окончании измерения отображаются итоговое значение и иконка повторного измерения. Результаты измерения стали для меня сюрпризом. Судя по итоговому значению, мне требуется квалифицированная медицинская помощь, так как уровень насыщенности в 90% является нижним порогом допустимого значения, что может означать наличие проблем в организме.
В следующих двух попытках часы решили меня не нервировать и немного подсластили пилюлю, добавив сразу два процента в следующем измерении, но потом одумались, и решив, что это слишком круто для меня, и чтобы я не расслаблялся, в третьем измерении убрали один процент, оставив меня переживать в одном шаге от границы допустимого. Слабое утешение, учитывая, что нормой считается уровень в 97-99%.
При этом во время измерений я чувствовал себя хорошо, да и предыдущее устройство показало куда более высокий результат.
Подозрительно.
Honor Band 5
Далее измерения проводились с помощью фитнес-браслета Honor Band 5.
У этого браслета процесс измерения уровня кислорода сопровождается отображением частоты сердечных сокращений, что удобно, так как можно оценить сразу два параметра.
Процесс измерения похож на таковой в смарт-часах Smarterra Aura Pro – значение уровня кислорода меняется, пока после короткой вибрации не останавливается. После чего на экране становится доступна кнопка запуска повторного измерения.
Honor Band 5 показал 98%, 98% и 97% соответственно для каждого измерения.
Такой результат мне больше нравится, ведь он вписывается в норму. А вот пульс был несколько повышен, наверное, из-за волнения, вызванного результатами измерений предыдущего устройства.
Canyon Sporty SmartWatch
На очереди фитнес-браслет Canyon Sporty SmartWatch.
Никаких особенностей процесса измерения по сравнению с предыдущими устройствами нет. В процессе измерения значения не отображаются. По итогу измерений браслет просто отображает результат. По результатам третьей попытки браслет показал самое высокое значение уровня кислорода в крови – 99%.
Два предыдущих измерения показали результат в 98%, что тоже очень неплохо. Причем у этого браслета измерения происходят быстрее всего. Очень нравятся результаты измерений этого браслета. Но, не будем забывать, что такой подход полезен только для самоуспокоения, и если следовать ему, то можно и против коронавируса принимать гомеопатические препараты и верить в исцеление.
Фитнес-браслет Smarterra FitMaster 5
Ну и, наконец, фитнес-браслет Smarterra FitMaster 5.
У этого гаджета оказался самый необычный формат измерения – вместе с уровнем кислорода устройство измеряет и артериальное давление. Сразу должен сообщить, что результаты измерения давления вызывают сомнения, так как, по мнению браслета, у меня пониженное давление, и это при том, что я скорее гипертоник, нежели гипотоник. Ну да ладно, сейчас речь не про давление, а про уровень кислорода.
Результаты замеров на FitMaster 5 в среднем сходятся с результатами замеров остальных устройств (кроме Jet Sport SW5) и составляют 97% для всех трех раз.
Заключение
Сама технология не нова и при правильной реализации должна выдавать объективный и точный результат, однако, судя по расхождению в данных, полученных с разных устройств, не все производители ответственно подходят к калибровке датчиков своих гаджетов. Имеет место и разница в аппаратном оснащении устройств и несовершенство самих датчиков, что тоже сказывается на результатах.
Очень жаль, что из-за эпидемиологической ситуации не удалось достать пульсоксиметр, чтобы сравнить результаты измерений гаджетами с профессиональным устройством.
Так как здоровье – это то, что требует к себе повышенного внимания и профессионального подхода, полученные результаты говорят нам о том, что доверять подобного рода устройствам можно с оговоркой и только в ознакомительных целях.
А у меня вот ощущение недостатка кислорода получается всякий раз, как в Тюмень прибуду. Означает ли это что Четвёртая столица тренирует лёгкие?
Тюмень — четвертая столица?) Смешно 😀
Ну да. Первая — Москва, вторая — северная — Ленинград, третья (но не по важности!) — газовая — Новый Уренгой и четвёртая — сами знаете чего — Тюмень.
Посмотрел на стоимость пульсоксиметров — сильно подорожали из-за коронавируса. И решил матери заказать Honor Band 5 не намного дороже. Вот только из-за всё той же пандемии приедет он через месяц в лучшем случае. Сингапурская почта подвела.
Да, решил свериться, покупал приборчик в 17 году за 1020, сейчас точно такой же за 2400. Хотя есть другие примерно в районе тысячи.
Россия? Ради экономии в ,300 рублей эти страдания с али?
В мвидео он 2490…
1. Не Россия.
2. Разница с официалами была рублей 800 или около того на момент покупки.
3. Страдания не ожидались, даже после начала карантинов во всех странах посылки нормально шли, Сингапур начал тормозить только к концу марта.
Само собой, если бы знал о задержках, то не играл бы в это.
На этой неделе покупал в pleer.ru чуть больше 2000 и в фирменном магазине столько же стоит…
Неделю назад сравнивал показания пульсоксиметра 99% и honor band 5 — 98%. Разницу в 1% считаю незначительной.
Как человек с пока неоконченным мед. образованием скажу, что адекватно измерить давление с помощью часов невозможно, так как способ основан в первую очередь на прижатии к самой артерии.
А анимация на первых часах унесла меня в детство, когда я ещё в Денди играл)
Университетское образование — штука специфическая, технологии слишком быстро развиваются, а ВУЗы за ними не поспевают. Измерить давление без пережатой артерии, даже без калибровки — вполне реальная задача для PGG-датчика (тот самый с лампочками и фотодиодом). Более того, в этом году мы увидим первые ласточки от крупных брендов (не лютого «китая»).
Естественно, в статье пишется глупость (цитата: «если говорить максимально простым языком, необходимо просто просветить кровь и оценить ее цвет») и браслеты, конечно же, не оценивают никакие цвета.
Но если понимать, как работает эта технология, тогда становится понятным и то, как именно с помощью PGG-датчика можно измерять пульс, давление, вариабельность пульса, частоту дыхания и даже определять потенциальные проблемы со здоровьем (при атеросклерозе или сахарном диабете пульсовая волна имеет характерные особенности).
«регистрируются изменения цвета крови в зависимости от этого показателя» — ну конечно оценивается цвет крови))
Будьте добры, поясните тогда простым языком, как работает измерение уровня кислорода в крови браслетом?)
Не пойму, что Вас веселит так? То, что Вы не разбираетесь в теме? ))
Нет, не разбираюсь…
А что такое тогда спектрофотометрия? И всё же, любопытно послушать ваше объяснение простым языком?
Спектрофотометрия (абсорбционная) — физико-химический метод исследования растворов и твёрдых веществ, основанный на изучении спектров поглощения в ультрафиолетовой (200—400 нм), видимой (400—760 нм) и инфракрасной (>760 нм) областях спектра. Основная зависимость, изучаемая в спектрофотометрии, — зависимость интенсивности поглощения (как правило измеряется оптическая плотность — логарифм светопропускания т.к. она зависит линейно от концентрации вещества) падающего света от длины волны. Спектрофотометрия широко применяется при изучении строения и состава различных соединений (комплексов, красителей, аналитических реагентов и др.), для качественного и количественного определения веществ (определения следов элементов в металлах, сплавах, технических объектах). Приборы спектрофотометрии — спектрофотометры.
Где тут про объем крови в сосудах? Вы же понимаете, что если измерять объем крови, (как вы говорите), то данные будут ошибочными и хороший результат будет только у тех, кто обладает большим объемом сосудов?
Давайте разложу по полочкам:
1. Никто не оценивает цвет крови. Это медицинский факт. Оценивается количество света (а не его цвет), попавшее на датчик браслета.
2. Как вы собрались измерять уровень сатурации крови кислородом, определяя лишь количество поглощенного света? Ведь свет поглощается/рассеивается не только пульсирующей кровью внутри Вашего запястья, но и внутренними тканями, да и запястья бывают разные + различные движения могут повлиять на рассеивания света внутри.
Так вот, для этого нужно определить пульсирующую кровь и непульсирующую. Вторая покажет нам уровень поглощения света ТКАНЯМИ (и ряд другой полезной информации), а не пульсирующей кровью. Это крайне важный этап при определении SpO2.
Без определения пульсации (изменения давления крови в сосудах) невозможно определить SpO2.
Извините за резкость, но фраза «конечно оценивается цвет крови» — это для какого-нибудь женского сайта, а не технического ресурса. Ведь это в корне неверное представление.
На самом деле я не хочу с вами спорить, так как этот разговор меня порядком утомил. Интересно, а что тогда количество света определенного спектра? Ладно, это был риторический вопрос на который вы не ответите. А вообще, просьба, которую вы упорно игнорируете, была простым языком объяснить принцип действия.
Уж поверьте, узкоспециализированными терминами я умею сыпать, когда это нужно. А вот объяснить всё в двух словах так, чтобы понял любой, даже техники не подкованный читатель, это уже задача совсем другого порядка.
О чем спорить? )) Я не спорю с Вами, а пытаюсь объяснить, как это работает.
Интересно, а что тогда количество света определенного спектра?
Это не риторический вопрос, так как Вы продолжаете упорно не понимать сути. И ежу понятно, что длина волны — это и есть определенный цвет. Ну, послала лампочка световую волну определенной ЗАРАНЕЕ ИЗВЕСТНОЙ длины. И что? Она же и вернется на приемник. Длина волны заранее известна. )) Сенсор НЕ определяет длину волны, не измеряет спектр, он просто конвертирует попавший свет в электрический сигнал. Все, что попало на сенсор превратилось в напряжение. Где здесь измерение цвета крови?
Я не игнорирую Вашу просьбу. Человек под ником «Массогабаритная копия Кая» попытался объяснить и я пытался… Вы хотите невозможного — в двух словах понятно объяснить. Если в двух словах — будет много терминов, если просто и понятно — будет длинная статья.
Браслеты может и не оценивают цвета, но вот «прищепки на палец», которые используют в больницах, именно это и делают. Принцип — спектрофотометрия в видимой и ИК-области. Мы этим (не с кровью, правда) еще в универе занимались, в т.ч. на биохимии и физике. Хотя приборы там были другие, побольше.
Вы же прекрасно понимаете принцип работы этих устройств, зачем вводить простых читателей в заблуждение, чтобы те потом и представляли себе, что оценивается именно цвет крови? Как, например, это делают различные приложения для смартфонов, которые с помощью вспышки и камеры действительно следят за изменением цвета на экране.
Здесь же оценивается количество света, попавшее на фотодетектор. Чем больше света было поглощено кровью, тем меньше его вернулось на датчик. В зависимости от сатурации кислородом, волны разной длины (соответствующие красному и ИК-свету) поглощаются по разному. Вот мы и оцениваем, какое кол-во света вернулось.
Все так. Светопоглощение определенных длин волн, датчик регистрирует изменение светового потока, и потом по логарифмической формуле считает концентрацию. Слово «цвет» здесь условность.
Дополню для не медиков, или немножко физической химии вам в ленту) Изменение плотности светового потока может происходить из-за двух причин. Оно прямо пропорционально толщине слоя материала — чем больше толщина, тем больше разность свет. потока «на входе» и «на выходе». У нас во время лабораторных мы всегда учитывали толщину кюветы с исследуемым раствором. И вторая причина — изменение концентрации вещества, в нашем случае гемоглобина. Молекула гемоглобина обладает определенными спектрометрическими характеристиками, т.е. имеет характерные максимумы («пики») поглощения при опред. длинах волн (точные цифры не помню). При насыщении гемоглобина молекулами кислорода происходит изменение его спектрометрических характеристик, его максимумы поглощения — длины волн — довольно сильно изменяются. Насыщенный кислородом, гемоглобин как бы «исчезает» для датчика. Детектор в приборе настроен на поглощение именно тех волн, которые характерны для только одного гемоглобина. Когда кровь насыщается кислородом, концентрация «чистого» Hb падает, а концентрация связанного с кислородом Hb растет, что сразу сказывается на интенсивности поглощения световых волн.
Все верно. Только не совсем понял фразу про «детектор настроен на поглощение именно тех волн». Если мы берем пульсоксиметр, там, насколько мне известно, всего один фотодетектор, а свет излучается в широком диапазоне (зеленый — для пульса, красный и инфракрасный — для кислорода). Плюс, известный факт — любой внешний источник света очень сильно влияет на точность измерений, так как детектор воспринимает весь спектр света.
Может я что-то забыл уже.. Девять лет как закончил универ. А уж физика и биохимия были вообще на втором курсе (хотя спектрофотометрию мы на физич. химии тоже изучали), это ж когда было!..
Upd. Сейчас поискал в старых тетрадях, на занятиях по физике именно так и было — детектор просто определял кол-во света (заранее известной длины волны и интенсивности), пришедшего на него (плотность светового потока). Но это было на физике, на первом курсе, где мы изучали самый базис, и устройства там были простые, еще советские. А вот на лабораторных по биохимии, и потом на аналит. и фармацевтической химиях были уже современные спектро-фотометры, которые облучали образец более широким диапазоном излучения и потом анализировали пики поглощения различных длин волн. Некоторые позволяли работать в ик-области, другие в ближнем уф-диапазоне. А это уже позволяет не только находить концентрацию, но и определять химическую структуру веществ (по крайней мере, отдельные хим. группировки, типа -NO2, двойные связи в молекуле и т.д.).
Но в пульсоксиметрах, конечно, просто определяется количество света, так что вы правы.
На счет того, что в часах нельзя измерить давление — можно и с тобой не согласятся инженеры японской компании OMRON (той самой, что выпускают в т.ч. тонометры) со своими «умными» часами HeartGuide
Кроме того, ещё в 90е CASIO выпускала часы с возможностью измерения давления, где суть измерения заключалась в замере скорости пульсации между левой и правой рукой и калибровкой часов с обычным тонометром.
Нужно было для прикола измерить уровень кислорода в сосиске. Некоторые модели из подобных устройств у неё даже пульс нашли бы 🙂
Ребята с канала Next Channel смогли на китайском браслете за 5$ измерить давление у втулки от туалетной бумаги))
Автор правильно задал сам себе вопрос — а насколько точно откалиброваны устройства? Проходили ли они поверку?
В парижской палате мер и весов
У кого-то веселое настроение?..
Ещё какое!
Никак не отколиброваны. Задача подобных устройств — показывать отклонения текущего состояния от «нормы». При этом цифровое значение этой «нормы» особого значения не имеет.
Интересно же сравнить их с настоящими сертифицированными устройствами..
Интересно. Согласен. Но — без калибровки каждый отдельный образец будет отличаться по показаниям, даже в пределах одной модели. То есть какие-то выводы сделать всё равно нельзя.
У меня Фениксы — более серьезный прибор, SpO2 меряют и то, я обращаю внимание только на изменение показаний.
Было бы хорошо увидеть результаты в сводной таблице. А так же результат медицинского пульсоксиметра.
А сейчас можно вспомнить, что в флагманах Самсунга до прошлого года стоял датчик пульса, который измерял и уровень кислорода. Но с Note10 убрали, ибо не нужно или просто ради экономии.
Я представляю, как менеджеры Самсунга сейчас кусают себе локти. Ведь этот SpO2 никому сто лет не был нужен, а сейчас об этом столько разговоров. Вот сейчас бы измерение SpO2 на S20 стало отличным «уникальным торговым предложением»… ))
Будь я производителем таких устройств — намеренно указывал бы значение по верхней границе измерений. Чтобы обыватели, получившие, как автор, низкое значение, не тревожили врачей почем зря. Потому что врач скажет все, что он думает об этих устройствах — а это уже антиреклама ))))
а может быть у джета единственного более или менее правдивое показание, потому и самое низкое))
Возможно )))
Макс, странно, что тебе не пришло в голову поиздеваться над девайсами (и над собой тоже), перед измерениями задерживая дыхание или, наоборот, усиленно дыша. По идее, результаты от этого должны разниться.
Когда-нибудь таки сделают универальный биометричекий канер-анализтор)
Ну если не удалось достать проф.устройство,чтобы сравнить,то зачем вообще это???
Это что ли — профессиональный? 🙂
Измерение уровня кислорода в крови — самое последнее, что нужно узнавать из показаний фитнес-браслета. https://uploads.disquscdn.com/images/6307abcbd011e42494efd80194fce34908d925cdaaf43c70fc3119d97ab991e9.jpg
У меня у самого СВ-5, нормальный гаджет, ничего сказать не могу. Но все же не стал бы полагаться на данные об измерении кислорода в крови. Все-таки это не медицинский прибор
А контрольное-то измерение где? То, что эти балалайки показывают (почти все) приятные автору цифры, вообще ничего не говорит об их работоспособности. Надо было ради эксперимента ещё у втулки от туалетной бумаги и колбасы проверить уровень кислорода. И давление.
Все эти гаджеты мусорный хлам
А почему не взяли несколько смартфонов с подобной функцией? У меня с Ноута 4 это на всех следующих моделях работает уже 5 лет. Все таки смартфоны у большего числа людей, чем браслеты. И датчик должен быть мощнее из-за большей мощности питания и габаритов устройства.
Проблема заключается в том, что строение кожи у всех разное, у кого-то эпителий грубый, кто-то покрыт шрамами или, напротив, постоянно использует кремы. Все это дает заметную погрешность в измерениях, добиться абсолютной точности в простых приборах невозможно.Такие параметры как измерение кислорода в крови, давление, еще долго будет примерными и уже даже у некоторых производителей, например Jet, в инструкции черным по белому пишут о немедицинском назначении этих датчиков. Это больше маркетинговый ход и создание пользователю ощущения защищенности и комфорта при использовании подобных часов или трекеров. И здесь на картинке видно, что часы закреплены почти на шиловидном отростке, а значит наплотно прилегали к коже. Вот вам и такая погрешность у того же Jeta.