На темній шкірі одяг працює не так, як на темній. Настав час це змінити

З тих пір, як носимі пристрої, оснащені технологією вимірювання частоти серцевих скорочень, почали входити в мейнстрім, виникали питання про точність оптичних датчиків частоти серцевих скорочень при знятті показань на різних тонах шкіри. Від сумнозвісного так званого “татугейту” Apple, який висвітлив цю проблему зеленим світлом світлодіодів у 2015 році, до різних академічних досліджень протягом наступних років, було багато дискусій, але не так багато висновків.

• Датчик пульсу на зап’ясті
• Недооцінена проблема
• Що компанії роблять з цим?
• Підгонка та розміщення датчика додають проблеми з точністю
• Стандартизоване тестування

Що сталося? Чи змінилися датчики, щоб впоратися з різними тонами шкіри, або індустрія не змогла змінитися? Виявляється, ранні дослідження спонукали до змін, а також можуть надихнути на створення нових стандартів для натільних датчиків серцевого ритму.

Датчик пульсу на зап’ясті

Оптичний датчик частоти серцевих скорочень на задній панелі вашого смарт-годинника або фітнес-трекера працює за встановленою технологією, яка називається фотоплетизмографія (PPG), коли дуже яскраве світло просвічує вашу шкіру і тканини для вимірювання кровотоку. Потім інформація відбивається назад і інтерпретується для отримання частоти серцевих скорочень.

• Ми запитали експертів, чи впливає біологічна стать на точність датчика пульсу
• Як повідомляється, Fitbit працює над новим пристроєм для дітей, який змінить правила гри
• Fitbit Versa 4 і Sense 2 з’являться незабаром, і без Wear OS

Оптичні датчики PPG на носінні використовують інфрачервоне зелене світло для економічності та ефективності, оскільки його дешево виробляти, наше тіло і кров добре його поглинають, і на нього менше впливає рух. Все це робить його гарним вибором для включення до носіїв немедичного призначення.

Однак, використання зеленого інфрачервоного світла викликає проблему. Меланін, природний пігмент шкіри, також дуже добре поглинає зелене світло, а підвищена присутність меланіну в темних тонах шкіри знижує точність зелених датчиків PPG. Зелене світло також може мати проблеми з темними татуюваннями, потом і навіть волоссям на руках.

Недооцінена проблема

Здається, що чим темніша шкіра, тим менш точним може бути зелений датчик пульсу PPG, оскільки він може бути заблокований меланіном у базовому клітинному шарі шкіри. Цьому питанню приділяється увага вже кілька років, але в основному в наукових роботах і дослідженнях.

Журнал Nature, в рамках розслідування точності датчиків серцевого ритму, перераховує сім робіт, в яких обговорюється ця тема. А Valencell, компанія, яка виробляє біометричні датчики, в тому числі датчики PPG, і має Suunto і Scosche в якості партнерів, перераховує тон шкіри як одну з п’яти основних проблем, пов’язаних з оптичними датчиками серцевого ритму. У статті Оксфордського академічного журналу, присвяченій датчикам PPG і сну, говориться наступне: “Ми з глибоким занепокоєнням відзначаємо, що з’являється все більше доказів того, що [датчики PPG] не такі точні, і можуть взагалі не працювати у людей з темним відтінком шкіри”.

Наскільки сильно може постраждати точність? Джессілін Данн, доцент біомедичної інженерії Університету Дьюка, написала, що дослідження в цій області “продемонстрували, що неточні вимірювання частоти серцевих скорочень PPG відбуваються на 15 відсотків частіше у людей з темною шкірою в порівнянні зі світлою шкірою”.

Мабуть, найбільш публічний і широко розповсюджений випадок, коли темна шкіра збивала з пантелику датчики PPG, стався в 2015 році, коли на точність датчика серцевого ритму Apple Watch вплинули темні, важкі татуювання. Так званий “татугейт” все ще залишається проблемою, оскільки питання про точність Apple Watch Series 5 з’явилися на дискусійній дошці Apple нещодавно, у вересні 2020 року.

Що компанії роблять з цим?

Очевидно, що це не нова проблема, або щось, що було виявлено лише нещодавно, тож що роблять компанії, які виробляють пристрої з датчиками серцевого ритму PPG, з цією проблемою? Компанія Garmin, яка виробляє цілий ряд натільних пристроїв з датчиками серцевого ритму, є однією з небагатьох, яка згадує про цю проблему на своєму веб-сайті: “Тон шкіри може впливати [на точність вимірювання частоти серцевих скорочень], оскільки меланін в шкірі поглинає частину світла. Хоча Garmin розробляє наші годинники для роботи на всіх тонах шкіри, датчику, можливо, доведеться більше працювати, щоб знайти пульс, [що] може вимагати трохи більшого заряду акумулятора “.

Направити більше енергії на вирішення проблеми – це також підхід Fitbit. Вона також виробляє широкий спектр фітнес-товарів з датчиками серцевого ритму, і в 2019 році заявила Statnews, що “дуже серйозно ставиться до точності” і збільшила інтенсивність своїх інфрачервоних зелених світлодіодів, щоб допомогти з точністю.

Apple не говорить про відтінок шкіри, але заявляє, що татуювання можуть впливати на здатність оптичного датчика серцевого ритму забезпечувати надійні показники, і натякає на збільшення потужності, щоб обійти це, пишучи, що “оптичний датчик серця розроблений для компенсації низького рівня сигналу шляхом збільшення як яскравості світлодіода, так і частоти дискретизації”.

Huawei випустила ряд фітнес-браслетів і смарт-годинників, і, як і інші компанії, також активно працює над тим, щоб її датчики серцевого ритму працювали ефективно. Про це компанія розповіла Digital Trends: “Ми постійно оптимізуємо технологію моніторингу серцевого ритму TruSeen на основі апаратних засобів і алгоритмів для підвищення точності моніторингу в різних сценаріях”.

Digital Trends запитав Mobvoi, яка випускає лінійку смарт-годинників TicWatch на базі Wear OS з 2016 року, чи досліджувала вона, чи впливає відтінок шкіри на точність датчика PPG. Компанія відповіла, що так, і повідомила нам наступне: “Завдяки нашим дослідженням і розробкам ми знайшли кілька способів підвищити точність відстеження частоти серцевих скорочень на наших годинниках TicWatch з різним відтінком шкіри, волоссям на руках або татуюваннями. Випробування тривають, тому наразі ми не можемо поділитися результатами, але сподіваємося, що в найближчому майбутньому у нас будуть цікаві розробки”.

Ставлячи те ж саме питання компанії Myzone, яка спеціалізується на розробці продуктів для фітнесу з вбудованими моніторами серцевого ритму, генеральний директор Дейв Райт відповів: “Дійсно, оптична технологія – це дійсно так, але це не так: “Це правда, що оптичні датчики пульсометрів можуть бути пригнічені такими факторами, як темна шкіра, татуювання і волосся. У Myzone ми прагнемо забезпечити, щоб наші пульсометри були найточнішими на ринку, пропонуючи запатентований пристрій, який має точність 99,4% від точності електрокардіографа (ЕКГ)”.

Цікаво те, що пристрій, про який говорить Райт, не носиться на зап’ясті. “Використання нагрудного слухового монітора, такого як Myzone, означає, що ви безпосередньо підключаєтеся до електричних імпульсів від серця, що дає найточніші показники”, – сказав він.

Підгонка та розміщення датчика додають проблеми з точністю

Здатність монітора точно вимірювати частоту серцевих скорочень не обмежується тоном шкіри, і він може відігравати не таку велику роль, як побоювалися. Як свідчать слова Райта, розміщення датчика на тілі і те, як він прилягає, є ще однією важливою частиною головоломки.

У згаданому раніше дослідженні Університету Дьюка, яке було опубліковане Національним центром біотехнологічної інформації і стало першим у своєму роді, після випробування за участю 53 осіб було зроблено висновок, що “ми не виявили статистично значущих відмінностей у точності вимірювання частоти серцевих скорочень для різних відтінків шкіри, однак ми виявили інші джерела неточностей вимірювання, включаючи тип активності і тип пристрою”.

Доктор Марк Гіллінов, голова відділення торакальної та серцево-судинної хірургії в клініці Клівленда, назвав наручні монітори “рекреаційними”. У статті про використання пульсометрів для збереження здоров’я він написав, що “наручні фітнес-пристрої, які включають в себе пульсометри, неймовірно популярні, але якщо ви дійсно хочете знати свій пульс, носіть нагрудний кардіомонітор”.

На додаток до придатності та розміщення, якість самого датчика є настільки ж важливою. Біомедичний інженер Аріель Аш-Шакур, який працює над різними серцево-судинними пристроями і технологіями, хоча і не конкретно над датчиками PPG, сказав мені через пряме повідомлення в Twitter, що за умови, що датчик PPG розроблений правильно, “тоді він повинен бути в змозі враховувати відмінності в тоні шкіри, і що прилягання буде найбільш важливим фактором для точних показань”.

Все це перегукується з цитатою Сіда Сандара, старшого менеджера проектів в сенсорній компанії Silicon Labs, коли він говорив з Wareable в 2017 році про проблеми збору біологічних даних за допомогою носяться пристроїв. “Коли ми розмовляємо з клієнтами, щоб обговорити продуктивність датчика, проблеми можуть бути викликані припасуванням або чимось фундаментально неправильним з алгоритмом або датчиком. Як правило, це перше”, – сказав він.

Стандартизоване тестування

Компанії-виробники пристроїв чітко усвідомлюють цю проблему і докладають зусиль для її вирішення, однак є й інший спосіб зрозуміти, які датчики забезпечують найбільш точні результати, можливо, ще до того, як пристрій буде випущений. Це можна зробити за допомогою спеціалізованого тестування.

Тести для медичних технологій вже існують. У США Управління з контролю за продуктами і ліками (FDA) тестує і затверджує медичні вироби, але не споживчі пристрої, такі як смарт-годинники, якщо вони не призначені для медичних цілей. У травні 2020 року Європейський Союз запровадив Регламент щодо медичних виробів, який включає випробування датчиків серцевого ритму PPG, щоб допомогти встановити узгодженість і точність у пристроях з датчиком серцевого ритму PPG. Тепер консорціум університетів разом з Huawei Technologies Finland під назвою Interlive Network запропонував серію стандартизованих протоколів тестування для моніторингу серцевого ритму і підрахунку кроків на споживчих носіях.

Протокол враховуватиме вік, стать, зріст, вагу, масу тіла та відтінок шкіри, при цьому в пропозиції зазначається, що “відтінок шкіри впливає на точність показань ЧСС на основі PPG, і його також слід враховувати під час тестування валідності”. Під час випробувань також вивчатиметься тип активності, контактний тиск і навіть навколишнє освітлення і температура для встановлення точності.

Отримання датчиками серцевого ритму точних результатів на різних типах шкіри є складною проблемою, яка включає в себе не тільки сам датчик, але і те, де він розташований на вашому тілі і як він контактує з ним. Ранні дослідження, схоже, спонукали різні компанії, що виробляють ці пристрої, серйозно поставитися до цієї проблеми, а також можуть підштовхнути саму галузь до прийняття нових методів, які допоможуть нам краще розпізнавати кращі датчики перед тим, як ми одягнемо їх на зап’ястя.

Рекомендації редакції

• Дивний трекер здоров’я від Oppo – смарт-годинник без годинникової частини
• Я люблю Oura Ring, але все більше хвилююся за його майбутнє
• Нехай вас не лякають затримки – iPhone 14 Pro все ще вартий того
• Як лазери і лідар змінюють спосіб відстеження здоров’я натільними пристроями
• watchOS 9 приносить великі оновлення для здоров’я та фітнесу на ваші Apple Watch

• Особливості
• Пристрої, що носяться
• Місяць чорної історії
• Спеціальні функції

Source: digitaltrends.com