Как работают трекеры сна и фитнеса и стоят ли они того

Если вы читали статьи о фитнес-трекерах, их, вероятно, написали навязчивые любители тренировок, которые сравнивают их на предмет того, насколько хорошо они могут отслеживать эти велопробеги на километры или марафоны. Ну, я не один из них. Но технология трекеров сна и фитнеса довольно удивительна и о ней стоит написать. И да, они также могут предоставить пользу для здоровья остальным из нас, кто получает физические упражнения, если позволяет время.

За последние несколько лет трекеры, как и большая часть движения за цифровое здравоохранение, прошли долгий путь. Из простых и не очень точных счетчиков шагов нескольких лет назад они превратились в устройства, которые могут контролировать частоту сердечных сокращений, сон и другие показатели жизнедеятельности. Тем не менее, они далеки от совершенства, поэтому они также могут дать незаслуженное впечатление точности.

Как работает пошаговое отслеживание

Простейшей формой подсчета шагов является использование данных с акселерометра устройства и блока инерциальных измерений (IMU) для обнаружения ритмических движений, которые соответствуют движению вперед-назад, которое обычно сопровождает ходьбу или бег. Используя данные от обоих датчиков, устройство пытается отфильтровать ложные срабатывания.

Устройства с высотомерами часто также позволяют подсчитать, сколько лестничных пролетов (или аналогичных) вы совершили. Здесь также требуется объединение датчиков, чтобы высота, получаемая во время вождения или полета, не учитывалась в вашей физической форме (позор для технических журналистов, которые проводят много времени в самолетах).

Отслеживание скалолазания может быть еще более безумным. Например, моя Fitbit Versa регулярно сообщает о том, что десятки этажей поднялись, когда я играю в теннис - даже если предполагается, что каждый этаж представляет 10 футов высоты, полученных во время ходьбы или бега. Напротив, мой Huawei Band 3 Pro не одурачен. Тем не менее, Versa лучше справляется с бегом по лестнице в течение дня.

Фитнес-трекинг: еще одно поле взяло голову от AI

Как и во многих других областях технологий, цифровое здравоохранение значительно улучшилось благодаря использованию ИИ. Например, вместо того, чтобы писать длинные последовательности сложного кода на основе физических моделей для подсчета шагов, современные трекеры полагаются на нейронные сети, которые используют машинное обучение для определения шагов. Точно так же, вместо того, чтобы полагаться на человеческий анализ данных сна для каждого пациента, у трекеров есть системы, которые обучаются на огромных количествах данных, помеченных человеком. В результате они могут классифицировать информацию датчиков от пользователей не только о сне или бодрствовании, но даже о конкретном типе сна.

Как работает мониторинг сердечного ритма

Если у вас когда-либо были проблемы с сердцем, возможно, вы были подключены к машине с различными электродами для контроля вашего сердца (ЭКГ или ЭКГ). Эти электроды измеряют небольшие электрические токи, испускаемые «клетками кардиостимулятора» в вашем сердце. Лучшие кардиомониторы потребительского уровня используют упрощенную версию той же методики. Используется нагрудный ремень с электродами внутри. При таком подходе можно получить как очень точное измерение частоты сердечных сокращений, так и рассчитать вариабельность сердечного ритма (ВСР), все более популярный показатель пригодности.

К сожалению, показания с оптического трекера, размещенного на вашем запястье или в кольце, подвержены колебаниям при движении. В частности, если вы бежите или бегаете с такой же скоростью, что и ваш сердечный ритм, тогда трекер может уловить эту частоту и считать, что это ваше сердцебиение. Это часто называют «проблемой кроссовера». Поскольку только около 0,1 процента света, отраженного от вашей кожи, связано с сигналом сердечного ритма, существует множество возможностей для появления ошибки.

Чтобы помочь с этим, многие трекеры также включают акселерометр, чтобы помочь им игнорировать неверные данные. Количество отраженного света также зависит от уровня окружающего освещения, поскольку, если вы не находитесь в темной комнате или полностью не закрыли руку и запястье, может произойти некоторое загрязнение света от светодиодов. Более мощные устройства включают мониторинг внешнего освещения, чтобы минимизировать эту проблему.

Из-за этих проблем наиболее точными из оптических устройств измерения ЧСС являются повязки и зажимы, которые держатся на вашем пальце. Конечно, ни один из них не так прост в использовании, как трекер на запястье или даже кольцо, поэтому была проделана большая работа по созданию более точного отслеживания частоты пульса для популярных устройств, которые можно носить весь день (и ночь). Производители фирменных моделей из Garmin, Fitbit и др. Заявляют о точности в пределах 5 процентов от устройства медицинского класса для своих наручных трекеров. Это вполне разумно, если вы просто хотите получить общее представление о своем здоровье и оценить, сколько «кардио» времени вы уделяете физическим упражнениям каждый день, но, безусловно, недостаточно для подготовки элитных спортсменов.

В качестве эксперимента я оснастил себя пятью различными устройствами слежения с поддержкой сердечного ритма. Для начала у нас есть матрас Sleeptracker от FullPower под нашим матрасом (который использует давление и вибрацию для измерения частоты сердечных сокращений во время сна). Затем я попробовал часы ZeTime, Fitbit Versa, Huawei Band 3 Pro и недорогой пульсоксиметр с кончиком пальца. В то время как данные из ZeTime почти дали мне коронарную болезнь (она показала некоторые массивные всплески во время сна, которые, конечно, не выглядели здоровыми), остальные четыре трекера в целом были последовательны по шаблону и довольно близки по фактическим значениям. Я уверен, что некоторые из различий были вызваны необходимостью носить несколько одновременно, поэтому ни одно из них не было в идеальном месте. Однако ни одно из этих устройств не является достаточно точным для расчета ВСР. Для этой цели ведущий производитель приложений для HRV EliteHRV полностью поддерживает только устройства с нагрудным ремнем.

Использование ЭКГ для обнаружения A-fib

Хотя Apple Watch 4 не первые носимые устройства, которые могут предоставить пользователям электрокардиограмму (ЭКГ), они, безусловно, являются самыми популярными. В частности, по требованию последние часы Apple Watch могут обеспечить отслеживание ЭКГ и определить, может ли пользователь страдать от нерегулярного сердцебиения - в данном случае фибрилляции предсердий или фибрилляции. Это происходит путем измерения электрических импульсов, посылаемых сердцем, когда они достигают часов. Чтобы получить показания, пользователь кладет палец на часы на 30 секунд, чтобы замкнуть цепь. Сам по себе диагноз нерегулярного сердцебиения может не иметь большого значения, но это является достаточной причиной, чтобы рассмотреть возможность дальнейшей оценки медицинским работником. Apple помогает в этом процессе, предоставляя PDF ЭКГ, который пользователь может переслать своему врачу.

Чтобы проверить эффективность этой возможности, Apple профинансировала обширное исследование, показывающее, что владельцы своих часов Watch 4, использующих эту функцию, получают те же преимущества, что и те, кто носит медицинское устройство в более типичной недельной оценке. Есть очевидные преимущества раннего выявления симптомов возможных заболеваний сердца. Тем не менее, медицинское сообщество разделено по значению диагностики a-fib у здоровых людей без какой-либо специфической склонности к сердечным заболеваниям. В любом случае, эта возможность, безусловно, является вкусом того, что может стать дальнейшим развитием отслеживания здоровья сердца с помощью популярных носимых устройств.

Отслеживание сна по сравнению с исследованиями сна

Мой опыт работы с пятью различными трекерами, которые сообщают о сне, показывает, что потребительские товары могут сделать разумную работу по созданию приблизительной схемы вашего сна и бодрствующих состояний и, возможно, примерно общего времени, проведенного в каждом из обозначенных состояний сна. Их обычно называют Light, Deep и REM, хотя исследователь сна, с которым я говорил, сказал, что с медицинской точки зрения REM достаточно важен, поэтому они начинают с классификации сна на REM и не-REM. В любом случае, нет двух подходящих трекеров.

Облачный AI и собственный датчик Sleeptracker позволяют получать данные о сне, в которых я чувствую себя наиболее уверенно.

Трекер сна, который я использовал дольше всего, это Sleeptracker. Сенсорный блок находится под вашим матрасом, поэтому он абсолютно без проблем. Fullpower также проделала отличную работу по созданию статистики здравоохранения на основе вашего демографического профиля по сравнению с сообществом пользователей. Это позволяет им предоставлять некоторые интересные и потенциально полезные советы по коучингу. Расположение датчика также помогает им измерить частоту дыхания - то, что обычные фитнес-трекеры, которые я использовал, не могли оценить. К сожалению для любопытных, Fullpower не раскрывает никакой информации о датчиках, которые он использует, за исключением того, что они являются собственностью компании.

Fitbit Versa данные сна от той же ночи. Общая картина и общее время схожи, но конкретные этапы варьировались довольно немного.

Большинство других используемых трекеров сна являются просто фитнес-трекерами, которые могут выполнять непрерывный мониторинг сердечного ритма. Они анализируют данные, в том числе данные о том, сколько вы двигаетесь и частоту сердечных сокращений, чтобы оценить, спите ли вы или не спите, и на какой стадии сна вы находитесь. В настоящее время ни один из стандартных фитнес-трекеров не сертифицирован как устройства медицинского уровня или для использования в диагностирование апноэ во сне. Однако при запуске Beddr имеется устройство, которое вы можете прикрепить к лбу, которое также включает пульсоксиметр и может использоваться для обнаружения случаев апноэ. Рынки Fitbit утверждают, что у его Charge 3 и Versa есть датчики SpO2 (Pulse-Ox), но в настоящее время они на самом деле ничего не делают.

Данные сна Huawei за ту же ночь (которые носят рядом с Versa) показывают намного больше времени в глубоком сне, чем у любого другого трекера, что согласуется с его справочными данными на 20-60%, что также кажется высоким по сравнению с используемыми эталонами другими компаниями. Предостережение: ношение двух трекеров на одном и том же запястье или даже по одному на каждом запястье (я пробовал оба способа), безусловно, не идеальный способ сравнить их.

Количественная Самость в пути

Несмотря на то, что потребительским фитнес-трекерам и трекерам сна явно предстоит пройти долгий путь, прежде чем они будут наравне с процедурами медицинского уровня, прогресс был и, вероятно, будет оставаться быстрым. Датчики становятся меньше, дешевле и точнее, в то время как становятся доступными повышенная вычислительная мощность и улучшенные инструменты анализа. То, что пару лет назад заняло большие часы, теперь можно сделать с помощью кольца. В качестве следующего шага обратите внимание на усиление интеграции персональных устройств слежения с профессиональной системой здравоохранения. Это уже начинает происходить на ограниченной основе, но, вероятно, станет обычным явлением.

[Изображение предоставлено: PPG]