Как я спустя 5 лет ношения впервые познакомился со своими часами⁠⁠

Короче, история такая. Встал утром, глянул на смарт-часы — они мне выдают: «Вы проспали 11 часов 24 минуты». И тут меня прям переклинило. Сижу и думаю: блин, как эта мелкая металлическая плашка у меня на руке вообще понимает, что я заснул? Как она считала мой пульс, откуда узнала про кислород в крови и с какого перепугу вообще умеет делать ЭКГ? В больнице-то для этого полкабинета заставлено дурами с проводами! В общем, пошел я разбираться, как вся эта магия устроена.

Давайте разберем всё по полочкам и максимально подробно.

1. Как часы считают пульс и кислород: Метод PPG

Основная магия происходит на задней крышке часов, где расположены светодиоды и фотодатчики (фотодиоды). Этот метод называется фотоплетизмографией (PPG).

Измерение пульса (ЧСС)

Кровь красная, потому что она отражает красный свет и отлично поглощает зелёный.

1. Засветка: Зелёные светодиоды на задней панели часов с определенной частотой (сотни раз в секунду) светят сквозь вашу кожу в капилляры и артериолы.

2. Пульсовая волна: Когда сердце сокращается (фаза систолы), оно выталкивает порцию крови. Объём крови в сосудах на запястье резко возрастает. Соответственно, эта волна крови поглощает больше зелёного света.

3. Пауза: Между ударами (фаза диастолы) давление снижается, крови в сосудах становится чуть меньше, и они поглощают меньше света.

4. Фиксация: Фотодатчик рядом со светодиодом улавливает отраженный от тканей свет. Чем больше света вернулось обратно, тем меньше крови в сосуде в данный миг.

Часы фиксируют эти колебания света, строят волновую кривую и вычисляют количество ударов сердца в минуту.

Измерение уровня кислорода в крови (SpO2)

Здесь используется тот же принцип, но с двумя разными длинами волн:

• Красный свет (длина волны около 660нм)

• Инфракрасный свет (длина волны около 940 нм)

Зачем два света? Всё упирается в гемоглобин — белковую молекулу в эритроцитах, которая переносит кислород:

• Оксигемоглобин (гемоглобин, связанный с кислородом) лучше поглощает инфракрасный свет и пропускает красный.

• Дезоксигемоглобин (гемоглобин без кислорода) наоборот — лучше поглощает красный свет и пропускает инфракрасный.

Часы поочередно вспыхивают красным и инфракрасным светом, а фотодатчик меряет уровень отражения для каждого из них. Затем процессор часов сравнивает соотношение поглощения этих двух волн и по алгоритмам высчитывает процент насыщения крови кислородом (SpO2). Норма для здорового человека — 95-99%.

2. Как часы трекают сон и различают его фазы

Часы не способны напрямую считывать волны головного мозга (энцефалограмму), как это делают в лабораториях сна (сомнографии). Поэтому они работают как «детектив», объединяя данные с нескольких датчиков.

Основные датчики:

1. Акселерометр и гироскоп: Внутри часов стоит микроскопическая кремниевая деталь (MEMS-датчик), которая реагирует на микрогравитацию и сдвиги по трем осям. Она фиксирует любое, даже самое минимальное движение руки.

2. Пульсометр (PPG): Фиксирует не только сам пульс, но и его вариабельность (HRV) — то есть изменчивость интервалов между ударами сердца в миллисекундах.

Как определяется сам факт сна:

Если акселерометр показывает, что вы находитесь в горизонтальном положении и абсолютно недвижимы больше 10-15 минут, а пульс начинает плавно снижаться — часы делают вывод: «Пользователь заснул».

Как разграничиваются фазы сна:

• Легкий (медленный) сон: Движений практически нет. Пульс и частота дыхания замедляются по сравнению с бодрствованием, но остаются немного изменчивыми.

• Глубокий сон: Это период восстановления организма. Мышцы полностью расслаблены, движения отсутствуют. Пульс падает до минимума за ночь, дыхание становится предельно ровным и ритмичным, а вариабельность сердечного ритма (HRV) снижается.

• Быстрый сон (REM-фаза / фаза сновидений): Мозг активно работает, нам снятся сны. В этот момент тело физиологически парализовано (чтобы мы не повторяли движения из снов), поэтому акселерометр фиксирует полную неподвижность. Однако пульс и дыхание становятся хаотичными, скачут и могут учащаться. Сверяя нулевую активность руки и дерганый пульс, часы понимат: это REM-фаза.

3. Как маленькое устройство снимает ЭКГ

Климатическое ЭКГ в больнице — это 12 каналов и множество электродов, липнущих к грудной клетке и limbs (конечностям). Это дает полную трехмерную картину электрической активности сердца.

Часы делают одноканальное ЭКГ (аналог I-го стандартного отведения в медицине).

Как это физически работает:

Сердце — это электрический орган. Перед каждым сокращением в нем возникает микроскопический электрический импульс (потенциал действия), который распространяется по всему телу.

1. На задней крышке часов расположен первый электрод. Он постоянно прижат к запястью одной руки (например, левой).

2. На колесике (Digital Crown) или боковой рамке расположен второй электрод.

3. Когда вы прикладываете палец другой руки (правой) к боковому электроду, вы замыкаете контур.

Получается цепь: Левая рука -- Грудь (сердце) -- Правая рука -- Часы.

Маленький чип-электрокардиограф внутри часов начинает измерять разницу потенциалов (напряжение) между правой и левой рукой. Это микровольты! Часы усиливают этот слабый сигнал, фильтруют электрические шумы от мышц и строят привычный график — кривую P-Q-R-S-T.

Это не заменяет полноценное обследование в клинике, но вполне способно выявить опасные состояния вроде мерцательной аритмии (Afib) или экстрасистолии на ранних этапах.

Возможно, для кого-то все эти технологии — давно не новость, но лично для меня это стало действительно интересным открытием. Удивительно, как технологии, которые раньше занимали целые кабинеты в клиниках, сегодня сжались до размеров аккуратного аксессуара на руке. Буду рад, если и вы узнали из этого текста что-то новое!