Как умные часы, спортивные трекеры и прочие гаджеты измеряют пульс? Часть 2 Страница 1 из 5

Привет всем!






Продолжаем увлекательное путешествие в мир измерителей пульса. В первой части мы рассказали про методы измерения на основе ЭКГ и плетизмографии — самые популярные на рынке. Метод оптической плетизмографии применен и в нашем проекте EMVIO – часах, которые измеряют ваш стресс.

Компания проекта EMVIO стартует на платформе Кикстартер 17 марта 2015 года. Мы практически завершили всю организационную работу, сейчас ведется финальная верстка странички на Кикстартере. Вы можете подписаться на рассылку на промо-сайте проекта, что бы быть в курсе всех новостей.

Предлагаем поддержать наш проект. Все подробности и ценовые предложения будут представлены в отдельном посте перед началом компании. Для самых первых (Early bird) бэкеров мы подготовили ограниченное количество часов EMVIO за $129 USD.

А сейчас продолжим. Как же еще можно измерить пульс?

1. Измерение пульса на основе сфигмографии

Этот способ известен всем без исключения, просто не все знают, что он так называется. Способ сфигмографии реализует регистрацию артериального пульса по деформации стенки сосуда артерии. В итоге получается кривая аналогичная плетизмографии. Регистрацию пульса нужно проводить в местах, где артерии подходят близко к поверхности кожи, например с тыльной стороны запястья или выше локтя, где лучевая артерия идет одним стволом. Биение стенки артерии очень мало, поэтому для усиления сигнала в конце 19 века был изобретен оригинальный способ: пережатие артерии до уровня, когда артерия еще пропускает кровоток, но создает препятствие ударной волне крови. В этом случае возникали сильные пульсации, которые можно фиксировать механическими средствами.

На главное фото поста вынесено изображение первого устройства — смигмографа, доведенного до практического применения. Похоже на метатель дротиков Ван-Хельсинга. Изобретение французского физиолога Этьен-Жюля Маре. Практически носимый гаджет 1863 года выпуска. Аппарат придавливал артерию с помощью регулировочного механизма, механическим способом усиливал амплитуду пульсовой волны и производил перьевую запись механических колебаний на бумагу. Это был прообраз знакомой всем манжеты для измерения давления.




Вот тут посмотрите анимированный принцип работы этого устройства и его конструкцию в 3D

В целом процессы, которые происходят в сосудах артерии при ее пережатии, довольно сложны. Изучение этих вопросов актуально, если вы хотите измерять давление. Когда нужен просто пульс, то схему регистрации можно упростить: убрать манжету, акустический датчик (микрофон) или обычный стетоскоп заменить механическим датчиком – пьезоэлементом. Этот элемент работает в режиме прямого пьезоэлектрического эффекта (деформация -> поляризация) и способен регистрировать деформации на уровне микрометров.

Пьезосенсор
Идея способа на основе пьезоэлемента хорошо раскрыта в патенте Wrist plethysmograph US 20070287923 A1. На картинке показана схема устройства. На датчик работает вся конструкция устройства — ремешок обеспечивает растягивающее усилие на краях пьезодатчика и выполняет роль своеобразной манжеты, корпус придает необходимую жесткость и опору.



Патентованный способ регистрации пульса на основе пьезодатчика.

Вычисление пульса по сфигмограмме такое же, как в плетизмографии, так как получаемые пульсовые кривые практически идентичны.
При практической реализации могут быть нюансы, связанные с индивидуальными особенностями. Есть интересное исследование, в котором изучалась зависимость амплитуды пульсового сигнала от силы давления пьезодатчика, индивидуальных параметров руки пациентов и т.п. Датчик к запястью подводился шаговым двигателем с обратной связью и, таким образом, нормировалось сила нажатия. В статье указывается, что разброс индивидуальных давлений довольно высокий, а также возникают проблемы с регистрацией у людей с избыточным весом с увеличенной толщиной жирового подкожного слоя. Есть над чем поработать.

HealBe
Принцип механического измерения пульса реализован в нашумевшем браслетеHealBe Go.



Браслет HealBe Go использует пьезодатчк для измерения пульса.

Согласно заявленным параметрам, сигнал пульсовой волны считывается с запястья с помощью пьезоэлектрического датчика давления. В научно-техническом отчете разработчиков HealBe приведен пример пульсовой кривой с датчика, форма волн вполне типовая для плетизмографии и сфигмографии. Что интересно, ни в одном известном нам гаджете такой способ не используется. Так что HealBeGo можно сказать пионеры.

Гибкие датчики
Есть концепты и научные исследования по применению подобных датчиков. Вот пример статьи, где описана реализация ультратонкого гибкого датчика на основе золотых нанотрубок.

  • 2816
  • 12/03/2015

Не забудьте подписаться!

Категории