Что такое bpm в пульсометре
Прямой эфир: «Пульс. Каким он должен быть у здорового человека?»
Врачи
Пульс. Каким он должен быть у здорового человека?
Артериальный пульс – это один из важных показателей функционирования нашей сердечно-сосудистой системы и в целом человеческого организма.
Пульс (pulsus, лат. «удар») — это колебательное движение стенок артерий, возникающее в зависимости от сокращений сердца и эластичности стенок сосудов. Другими словами, при сокращении сердечной мышцы, в систолу, кровь из камеры сердца выбрасывается в артериальное русло, это приводит к повышению давления в артериях и их расширению. Во время расслабления сердечной мышцы, в диастолу, давление в артериях снижается. Возникающие при этом колебания стенки сосуда мы и можем оценить при пальпации (ощупывании) артерий, расположенных неглубоко под кожей.
Пульс можно оценить на сонных, лучевых, плечевых, бедренных, подколенных артериях, артериях стоп. Обследование пульса врачом включает определение целого ряда характеристик, таких как частота, ритмичность, наполнение, напряжение, амплитуда, время продолжительности систолической волны и т.д.
Наиболее распространенным и удобным способом для самостоятельной оценки пульса является определение его на лучевой артерии, на внутренней стороне запястья со стороны большого пальца.
Как определить частоту пульса?
Частота пульса/частота сердечных сокращений рассчитываются как количество ударов/сокращений за одну минуту, 60 сек. В некоторых случаях, при выраженной нерегулярности (аритмичности) пульса подсчет частоты проводят в течение 3-х минут с последующим делением результата на 3 для определения средней величины.
В настоящее время существует большое количество современных технических средств, которые позволяют практически каждому человеку определять без лишних усилий и без участия специалиста частоту и ритмичность пульса в покое и при выполнении физических нагрузок: пульсометры, встроенные в спортивные часы, трекеры, мобильные телефоны. Шкала определения частоты пульса и его регулярности есть и в большинстве современных автоматических приборов для определения артериального давления (тонометрах).
Насколько точными являются измерения пульса при помощи спортивных часов и пульсометров?
В большинстве современных устройств используется метод оптической плетизмографии (фотоплетизмографии). В основе метода лежит способность крови отражать красный свет и поглощать зеленый. Оптический сенсор на обратной стороне часов излучает зленный свет на запястье с помощью светодиодов, и измеряет количество рассеянного кровотоком света, таким образом, определяя кровоток на запястье.
Считается, что оптические датчики достаточно точно определяют пульс, в т.ч. при ходьбе и беге. Однако, измерения могут стать менее точными при выраженном повышении частоты пульса, более 150 ударов в мин, в холодную погоду (за счет снижения кровотока на запястье). Существуют и другие ситуации, которые могут помешать работе датчика и привести к погрешностям в измерении пульса: наличие татуировки на запястье, неплотное прилегание часов к коже, тренировка в спортзале. Ритмичные движения, например, при беге или езде на велосипеде, обеспечивают более точные результаты по сравнению с занятиями теннисом или боксом, где спортсмены двигаются нерегулярно.
Можно ли при помощи современных «умных часов» и фитнес-браслетов определить нарушения сердечного ритма?
Современные «умные часы», оснащенные функцией регистрации ЭКГ, позволяют не только отслеживать частоту сердечного ритма и давать представление о его ритмичности, но и могут выявлять некоторые нарушения сердечного ритма. В частности устройства Apple и AliveCor с поддержкой измерения ЭКГ сертифицированы для выявления такого нарушения сердечного ритма как фибрилляция предсердий. Однако, «умные часы» не предназначены для выявления всех нарушений сердечного ритма, и на них нельзя полностью полагаться. Они могут пропускать серьезные проблемы или заставлять людей безосновательно беспокоиться о возможных проблемах с сердцем из-за так называемых «ложных срабатываний». В любом случае точно определить наличие нарушений сердечного ритма и их характер может только обследование у специалиста – кардиолога. Если часы срабатывают неоднократно или, что более серьезно, человек при этом плохо себя чувствует, что необходимо обязательно проконсультироваться с кардиологом. В клинике ЭКСПЕРТ проводится обследование для изучения работы сердца (суточное мониторирование ЭКГ и АД, Эхокардиография), по результатам которых специалист даст заключение и рекомендации.
Всегда ли одинаковы частота пульса и частота сердечных сокращений?
У здорового человека частота пульса и частота сердечных сокращений одинаковы, это означает, что каждое сокращение сердца приводит к достаточному поступлению крови в артериальную систему. Однако, при некоторых патологических состояниях, частота пульса и частота сокращений сердца могут различаться, частота пульса может стать меньше чем частота сердечных сокращений. В этом случае необходимо обращение к специалисту и проведение комплексного медицинского обследования.
Какую частоту сердечного ритма/частоту пульса в покое следует считать нормальной?
Частота сердечного ритма/пульса в покое зависит от многих факторов, таких как возраст, пол, масса тела, среднесуточная продолжительность сна, курение, употребление кофеин-содержащих напитков, уровень физической активности. На частоту сердечного ритма может оказывать влияние прием некоторых лекарственных препаратов.
По мере взросления частота сердечных сокращений снижается и в среднем у взрослого человека (старше 18 лет) в состоянии покоя должна составлять 60-90 ударов в минуту. У женщин ЧСС в покое в среднем на 6-10 ударов в минуту чаще, чем у мужчин.
Частый пульс, более 90 уд/мин, называется тахикардия, редкий, менее 60 уд/мин, – брадикардия.
При этом необходимо отметить, что частота сердечного ритма в покое у здорового человека изменчива и может в норме колебаться в течение времени (дня, недели, месяца, года) в достаточно широком диапазоне, зачастую выходя за рамки значений, принятых за норму, а также за рамки «индивидуальной нормы». Частота сердечного ритма ночью, во время сна, замедляется, после еды ритм учащается. Днем ЧСС дает два подъема – первый около 11 часов дня, второй – между 6 и 8-ю часами вечера. ЧСС может изменяться и при резкой смене положения тела, при психо-эмоциональной нагрузке. Частота сердечных сокращений имеет и небольшие сезонные колебания, зимой ЧСС в среднем выше, чем летом.
Для людей тренированных, активно занимающихся «аэробными», циклическими видами спорта на выносливость (лыжи, плавание, марафон, велосипедный спорт и т.д.) ЧСС покоя в среднем ниже, чем у нетренированного человека. Пульс 50-55 ударов в минуту в покое, а иногда и 40-50 уд/мин, для этой категории взрослых считается нормальным и не сопровождается никакими неприятными ощущениями. У нетренированного человека такая частота сердечного ритма расценивается как брадикардия и требует дополнительного обследования у кардиолога.
Тревожными симптомами при редком пульсе являются слабость, головокружение, обмороки, предобморочные состояния. Появление этих симптомов требует незамедлительного обращения к специалисту.
Какая норма ЧСС во время сна?
У здорового человека частота сердечного ритма во время сна ниже, чем во время бодрствования. Это объясняется преобладанием тонуса парасимпатической нервной системы во время сна. У здорового взрослого человека средняя частота пульса во время сна меньше средней дневной частоты примерно на 18-20 ударов/мин. При этом, установленные средние значения частоты сердечных сокращений во время сна и бодрствования различаются в зависимости от пола и возраста.
Частота пульса во сне у взрослого здорового человека может варьировать также как и во время бодрствования, т.к. сон является неоднородным, динамическим и сложно организованным процессом, состоящим из 5 стадий (фаз), различающихся по глубине. Продолжительность этих стадий у разных людей неодинакова и подвержена влиянию многих факторов как внутренних, таки внешних. Это может оказывать влияние на колебания частоты пульса во время сна. Первые 4 фазы, фазы медленноволнового сна, характеризуются постепенным урежением частоты пульса. На пятой стадии, быстрого сна, когда снятся сны, может повышаться частота дыхания и число сердечных сокращений. Кроме того, вызывать учащение сердечного ритма в ночное время может психо-эмоциональная или физическая нагрузка перед сном, стресс, употребление крепкого чая или кофе, курение, употребление алкоголя, ряда лекарственных препаратов.
Если приступы учащенного сердцебиения во сне возникают регулярно без связи с внешними провоцирующими факторами, сопровождаются пробуждением, чувством нехватки воздуха, дискомфортом, тяжестью или болью в грудной клетке, за грудиной, необходимо пройти обследование для исключения заболеваний сердца, эндокринных нарушений (гипертиреоз, сахарный диабет), воспалительных заболеваний, анемии, повышения артериального давления во сне и нарушений дыхания во сне. Весь комплекс мероприятий и консультаций причастных к проблеме специалистов можно пройти в нашей клинике.
Ритмичность пульса.
У здорового человека пульс ритмичный, т. е. пульсовые волны следуют одна за другой через равные промежутки времени. При нарушениях сердечного ритма (аритмиях) пульсовые волны обычно следуют через неравные промежутки времени, пульс становится аритмичным. В некоторых случаях аритмия может сопровождаться ощущением дискомфорта в области сердца, сбоем дыхания, ощущением «кувырков», ударов в грудную клетку, головокружением и даже потерей сознания. В данной ситуации целесообразно обращение к кардиологу для уточнения характера нарушений сердечного ритма и исключения сердечной патологии.
Какая частота сердечных сокращений является нормальной при физических нагрузках?
В настоящее время большое внимание уделяется регулярному выполнению физических упражнений для предупреждения развития сердечно-сосудистых заболеваний, а также в рамках комплексной кардио-реабилитации. Польза от регулярной физической активности доказана в крупных научных исследованиях. При этом очень важно, чтобы рекомендуемые физические нагрузки были безопасны для человека. Интенсивные, не адекватные, физические нагрузки у нетренированных людей могут привести развитию различных осложнений.
Оптимальный уровень физической нагрузки определяться индивидуально и зависит от функциональных возможностей сердечно-сосудистой и дыхательной систем, возраста, особенностей физического развития. Для грамотного планирования интенсивности физической нагрузки одним из основных критериев является определение ЧСС. Интенсивность физической нагрузки выражается в процентном отношении от показателя максимальной частоты сердечных сокращений. При этом максимальной ЧСС называется наибольшая частота пульса, при которой сохраняется нормальная работа сердца.
Существует множество формул для расчета максимальной частоты сердечных сокращений. Традиционно используют формулу: ЧССmax = 220 – «Возраст».
Однако, необходимо учитывать, что по формулам вычисляются статистически усредненные значения, в то время как индивидуальные значения максимальной ЧСС зависят не только от возраста или пола. Как уже говорилось, на максимальную ЧСС также оказывают влияние степень тренированности, антропометрические показатели.
При выполнении физических упражнений выделяют пять уровней интенсивности тренировок или пульсовых зон:
Для расчета максимальной ЧСС во время тренировки можно использовать Формулу Карвонена:
ЧСС во время тренировки = (максимальная ЧСС — ЧСС в покое) х интенсивность (в процентах) + ЧСС в покое
Наилучшим образом для тех, кто либо только начинает свои тренировки, либо имеет низкий уровень общей физической подготовленности, подходит зона умеренной нагрузки. Начальный уровень физической нагрузки у нетренированных людей не должен вызывать учащение пульса более чем на 30 ударов в минуту по сравнению с состоянием в покое. Уровень нагрузки должен увеличиваться постепенно в течение 1-3 недель в зависимости от ее переносимости. Тренировка в анаэробной зоне и в зоне максимальной нагрузки подходит для хорошо тренированных лиц и профессиональных спортсменов.
Важно помнить, что перед тем как приступить к тренировкам необходимо пройти комплексное медицинское обследование, позволяющее в первую очередь исключить заболевания сердечно-сосудистой системы, оценить функциональные возможности сердца и дыхательной системы, а также определить индивидуальный максимум ЧСС.
Более точно определить частоту сердечного ритма, наличие нарушений сердечного ритма (аритмий) можно с помощью электрокардиографии. При необходимости оценки сердечного ритма в различное время суток и при различной нагрузке выполняется суточное мониторирование электрокардиограммы. Для оценки реакции сердечно-сосудистой системы на нагрузку, определения индивидуальной максимальной частоты сердечных сокращений проводятся пробы с дозированной физической нагрузкой. Важно помнить, что определить необходимость и объем обследований может только специалист.
Какой пульс считается нормальным для человека того или иного возраста: сводная таблица значений по годам
Говоря о том, что сердце «бьется» или «стучит», мы имеем в виду знакомое нам понятие – пульс. Изменения при воздействии внешних факторов или эмоций, считаются нормальными. Пульс ускоряется при стрессе, физической активности и из-за различных заболеваний.
Все, что стоит за сердечным ритмом, является основным биологическим маркером благополучия человека. Но чтобы «расшифровать» сигналы, посылаемые сердцем в виде ударов и биений, необходимо знать норму пульса по возрастам.
Пульс характеризуется определенными свойствами, которые используются в диагностике сердечных и сосудистых патологий:
Какие-либо изменения могут быть вызваны наличием определенных нарушений, поэтому являются поводом обратиться к специалисту для проведения диагностики, постановки диагноза и начала лечения.
Нормы и различные вариации
Кислород поступает в органы и мягкие ткани с кровью, которая течет под определенным давлением (артериальным/АД). Это приводит к колебаниям стенок артерий, опорожнению и наполнению вен. Под влиянием АД красные кровяные тельца или эритроциты с силой «пробиваются» через тончайшие кровеносные сосуды или капилляры. При этом они преодолевают определенное сопротивление. Вещества, пропускающие электрический ток или электролиты, подвергаются аналогичному процессу.
Так создается пульс, ощущаемый во всем нашем теле, и в каждом сосуде нашего организма. С другой стороны пульсовую волну можно рассматривать, как волну движений стенок сосудов под определенным давлением. Количество этих волн обычно соответствует количеству ударов сердца.
Как подсчитать пульс?
Основной способ измерения – пальпация. Ручной метод, который основан на прикосновении. Быстро и легко, это не требует специальной подготовки. Чтобы получить точные показания, необходимо соблюдать правила измерения пульса:
Также существует и быстрый способ – подсчет на протяжении 20 секунд и умножение полученного значения на три. Также можно использовать специальный прибор – пульсометр.
ЧСС определяется в полном физическом и эмоциональном покое. У здорового человека – от 60 до 80 уд/мин. Увеличение частоты сердечных сокращений выше этих пределов называется тахикардией, снижение – брадикардией.
Сколько ударов в минуту должно быть в норме?
У мужчин
На скорость пульса оказывает влияние привычка организма к физическим нагрузкам – например, к пробежкам, ходьбе, плаванию и езде на велосипеде. У мужчин, которые занимаются спортом и ведут здоровый образ жизни, сердечная мышца прокачивает такой же объем крови, но за меньшее число сокращений. С научной точки зрения это состояние называется синдромом спортивного сердца.
Таблица – Значения пульса у мужчин в зависимости от возраста, физического состояния (значения указаны в ударах в минуту)
У женщин
Активный образ жизни и занятия спортом тренируют сердечную мышцу. Регулярные кардионагрузки повышают качество и длину жизни. Нет необходимости в каких-то специальных средствах. Достаточно совершать ежедневные пешие прогулки на свежем воздухе. Быстрый шаг против сидячего образа жизни – гарантия улучшения самочувствия и функционирования внутренних органов.
Таблица – Значения пульса у женщин в соответствии с физическим состоянием и возрастом (измерения – в ударах в минуту)
От 65 лет и старше
В период беременности изменения отмечаются уже на 20-22 неделю. Частота сердечного ритма повышается. Связано это с тем, что в организме женщины увеличивается объем крови, циркулирующей по венам. Чаще всего изменения не выходят за установленные значения. К примеру, к концу 3-го триместра беременности нормы пульса возрастают на 10-15 единиц. Перед родами значения, как правило, нормализуются.
У детей
Средние значения пульсации сердца у детей довольно значительно отличаются от частоты сердечных сокращений у взрослых. То, что считается патологией у пожилых пациентов, считается допустимым для новорожденных.
По мере взросления ребенка частота пульса постепенно уменьшается и останавливается к концу полового созревания (подросткового возраста) на отметке 60-90 уд/мин.
Таблица – Пульс у детей в зависимости от и возраста
Стоит отметить, что показатели в детском возрасте разные – утром допустимыми считаются одни, вечером и ночью другие. Оптимальное время для его измерения – после пробуждения.
Регулярный контроль помогает вовремя предотвратить развитие проблем или убедиться, что сердце ребенка работает правильно. Довольно простая процедура измерения поможет быстро диагностировать развитие возможных заболеваний.
Если у детей учащается сердцебиение и это не вызвано физическим или эмоциональным стрессом, то рекомендуется обратиться к врачу.
Какой пульс считается нормой у ребенка в 6-12 лет?
Какой пульс считается нормой у подростка в 13-17 лет?
При беге и других физических нагрузках
После еды
Причиной также может стать переедание. Много пищи требует повышенной нагрузки – усиления метаболизма. Значения могут находиться на той же отметке, что и при умеренной физической активности.
ЧСС во время сна
Во сне тело расслабляется, но нервная система, кровообращение и иные системы организма продолжают функционировать. Пульс при этом заметно замедляется, что связано с тем, что часть внутренних органов находятся в состоянии покоя, не требуя дополнительного снабжения кислородом.
Значения пульса во сне:
Повышаться может во время кошмаров. При этом не исключены скачки артериального давления.
ЧСС для сжигания жира
Многие фитнес-тренеры для расчетов используют метод Карвонена (военного врача и физиолога). Им был разработан способ определения границы при проведении тренировок.
Зона сжигания жира определяется от 50 до 80% от максимально допустимых значений. В данном случае не нужно учитывать норму о возрасту, но сам возраст нужно брать в расчет. К примеру, возьмем 35-летний возраст и проведем расчет:
Из этого следует, что зона сжигания жира колеблется от 92,5 до 144 ударов в минуту. Полученный разброс требует индивидуального определения показателей, т. к. значение имеет тренированность организма, самочувствие и иные особенности каждого. По этой причине предварительное медицинское обследование является обязательным.
Отклонения от нормы
На ЧСС оказывают влияние такие факторы, как физическая активность/покой, состояние сердечных клапанов и мышцы, показатели артериального давления, функционирование нейроэндокринной системы и уровень метаболизма.
Возможные заболевания при изменении ЧСС: миокардит, инфаркт миокарда, феохромоцитома, заболевания ЦНС (центральной нервной системы), злокачественные образования, патологии щитовидной железы, нарушения метаболизма (гипер-, гипокалиемия).
Причины замедления
Сердцебиение менее 60 ударов в минуту не всегда указывает на проблемы со здоровьем. Это может быть связано с использованием медикаментов, например бета-блокаторов.
Сердцебиение до 40 уд/мин может присутствовать у физически активных людей или лиц, которые занимаются профессиональными видами спорта. Это обусловлено натренированностью миокарда, который хорошо сжимается и способен поддерживать кровоток, не прилагая усилий.
Причины увеличения
Наиболее распространенной причиной ускоренного сердечного ритма является отсутствие отдыха перед измерением. Лучше всего делать это утром после пробуждения ото сна, не вставая с постели. Также следует убедиться, что подсчет верен.
Большинство болезней повышают работу миокарда, в том числе повышенная температура тела, гипертиреоз и врожденные пороки сердца.
Естественные причины тахикардии у женщин
Физиологическая тахикардия не указывает на патологию и возникает при физических нагрузках, нарушении гормонального фона и при повышенном психическом напряжении. Также причиной является чрезмерное употребление кофе, чая и шоколада.
На показателях могут сказаться такие факторы, как инфекционные заболевания, медикаментозная интоксикация и злоупотребление вредными привычками. Повыситься ЧСС может при резком изменении положения тела и значительных потерях крови.
Естественные причины тахикардии у мужчин
Физиологическая тахикардия не несет для здоровья опасности. И представляет собой реакцию на раздражитель. Речь идет о чрезмерной физической активности, приеме медикаментозных препаратов или о сильных стрессовых ситуациях. Стать причиной естественной тахикардии у мужчин могут непривычные климатические условия.
Естественные причины тахикардии у детей и подростков
Физиологическая тахикардия возникает, как адекватная реакция на определенные факторы, среди которых следует выделить лихорадка, острые болевые приступы и прием лекарственных средств. У детей и подростков в норме пульс увеличивается в ответ на отравление ядами и кислородное голодание.
Как проявляется нарушение пульса?
Бывает, что человек не замечает повышение или понижение показателей, но узнает об этом при обычных медицинских осмотрах. Но чаще всего нарушения дают о себе знать.
При нарушении сердечного ритма могут возникнуть осложнения, а именно в виде инфаркта миокарда, сердечной недостаточности, тромбоэмболии и нарушениям кровообращения в области головного мозга.
При наличии нарушений со стороны ЧСС используются несколько методов диагностики сердечных аритмий. Основным методом диагностики сердечных аритмий является электрокардиограмма (ЭКГ). Такое обследование поможет определить тип аритмии. Также используется электрофизиологический метод – комплексное и точное исследование сердечных аритмий. Также назначается эхокардиография и УЗИ.
Чтобы вовремя принять меры, необходимо знать норму пульса, которая различна в зависимости от возраста, половой принадлежности и образа жизни. Чем раньше будут приняты меры по нормализации ЧСС, тем меньше вероятность развития осложнений.
Как умные часы, спортивные трекеры и прочие гаджеты измеряют пульс? Часть 1
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
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.
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.
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.