Sportfito – сайт о спорте, диете, тренировках и фитнесе!

Как фитнес-трекеры и смарт-часы высчитывают показатели и можно ли им верить

 0    131  1 месяц назад

Еще слишком рано менять совет «слушай свое тело» на «просто загляни в приложение».

Как фитнес-трекеры и умные часы рассчитывают показатели и им можно доверять

Фитнес-браслеты и часы обещают отслеживать все: частоту сердечных сокращений и активность, сожженные калории, время сна, продолжительность фаз сна и уровень стресса.

На Telegram-канале Lifehacker собраны только лучшие тексты о технологиях, отношениях, спорте, кино и многом другом. Подписаться!

На нашем Pinterest публикуются только лучшие посты об отношениях, спорте, фильмах, здоровье и многом другом. Подписаться!

Для получения тех же данных в больнице используют электрокардиографию (ЭКГ), полисомнографию и непрямую респираторную калориметрию. Можно ли сравнить маленькие сенсоры фитнес-браслетов с впечатляющими устройствами, которые используются во время этих процедур? Давайте выясним.

Пульс

Вы когда-нибудь замечали мигающие зеленые огни на задней панели фитнес-трекера? Это те же датчики, которые используют устройства для отслеживания сердцебиения.

Эта технология получила название фотоплетизмографии A. Henriksen, MH Mikalsen, AZ Woldaregay. Использование фитнес-трекеров и умных часов для измерения физической активности в исследованиях: Consumer Wrist Wearables Analysis / Journal of Medical Internet Research (FIG). Зеленые светодиоды светят через запястье, а затем возвращаются к чувствительному датчику.

Во время сердцебиения объем крови в капиллярах изменяется, поэтому свет отражается по-разному. И на основе этой информации трекер рассчитывает вашу частоту сердечных сокращений (ЧСС).

В докладе А. Тарничериу, Я. Харью, А. Вехкаоя. Определение интервала между ударами с помощью импульсной фотоплетизмографии у пациентов с синусовым ритмом и ФП после операции / Международная конференция IEEE EMBS по применению информационных технологий в биомедицине (ITAB) от ITAB для биомедицины (ITAB) определение ставки. По крайней мере, если измерять пульс, когда человек не двигается.

Движение ограничено SH Kim, DW Ryoo, C. Bae. Адаптивное шумоподавление с использованием сигнальных акселерометров лобного PPG / Ежегодная международная конференция IEEE Engineering in Medicine and Biology Society Показания точны, когда ткани запястья смещаются и датчики начинают выходить из строя.

В одном исследовании K. Ricchio, P. Lyter, JM Palao. Надежность фитнес-трекеров по разной цене для измерения шагов и частоты пульса: пилотное исследование / Central European Journal of Sport Sciences and Medicine показало, что гаджеты Xiaomi и Fitbit теряют от 0,5 до 9,5 ударов в минуту во время ходьбы и во время бега, с 11,7 до 17,9 выстрелов.

Ученые подсчитали, что фитнес-трекеры снижают частоту сердечных сокращений на 6-11% во время движения по сравнению с нагрудным пульсометром.

В другом А. Щербина, С. М. Маттссон, Д. Вагготт. Точность измерений частоты сердечных сокращений и расхода энергии на запястье с помощью датчиков в ходе разнообразного когортного / персонализированного медицинского эксперимента показала несколько более оптимистичные данные.

Умные часы Apple Watch выдали ошибку всего 2,5%, а остальные протестированные устройства разных марок – от 4,9 до 8,8%. Ученые пришли к выводу, что часы в целом хорошо измеряют частоту сердечных сокращений. Кроме того, указанные выше эксперименты проводились в 2017-2018 годах, и модели часто обновляются.

Например, в исследовании Y. Bai, C. Tompkins, N. Gell. Всестороннее сравнение Apple Watch и монитора Fitbit в условиях бесплатного проживания / PLoS One 2021 Fitbit Charge 2 пропустил только частоту сердечных сокращений на 2,7% в состоянии покоя и на 4,9% при легкой физической активности.

Apple Watch 2 оказались еще точнее: в неподвижности пульс считался практически идеально, а при легкой активности выдавал ошибку всего 1,8%, пропуская около двух ударов в минуту.

не исключено, что другие современные трекеры также лучше учитывают ЧСС благодаря добавлению красных светодиодов K. Ricchio, P. Lyter, JM Palao. Надежность фитнес-трекеров по разным ценам для измерения шагов и частоты пульса: пилотное исследование / Central European Journal of Sport Sciences and Medicine – более точно, дорого и энергоемко.

Итог: Современные гаджеты точно считают пульс, особенно в состоянии покоя. Во время движения трекеры могут ошибаться и давать отклонение до 11%. Чем больше зеленых и красных светодиодов светят через ваше запястье, тем больше вероятность того, что трекер не врет.

Количество пройденных шагов

Фитнес-трекеры измеряются К. Риччио, П. Лайтером, Дж. М. Палао. Надежность фитнес-трекеров по разным ценам для измерения шагов и частоты пульса: пилотное исследование / Central European Journal of Sport Sciences and Medicine, в котором используется 3D-акселерометр, чип, который помогает определять скорость и направление движения устройства.

Кроме того, в большинстве современных моделей есть гироскоп, определяющий углы и скорость вращения устройства, и магнитометр, электронный компас, который рассчитывает ориентацию относительно магнитного севера. Благодаря этим размерам фитнес-браслеты можно использовать для определения движения руки в пространстве.

Рецензии: К. Р. Эвенсон, М. М. Гото, Р. Д. Фурберг. Систематический обзор валидности и надежности потребительских трекеров активности / The International Journal of Behavioral Nutrition and Physical Activity 22 В научных статьях сделан вывод о том, что фитнес-трекеры достаточно точны при определении предпринятых шагов. Хотя некоторые (Fitbit One, Flex, Ultra) недооценивают медленную ходьбу (2 км / ч) на беговой дорожке.

Студия Ф. Эль-Амрави, Б. Фарм, М. И. Ноуну. Доступны ли в настоящее время носимые устройства для отслеживания активности и мониторинга сердечного ритма точными, точными и полезными с медицинской точки зрения? Кибер-исследования в сфере здравоохранения с использованием 17 трекеров, включая Apple Watch, несколько моделей Samsung Gear, Garmin Vivofit, Mi Band и другие, также показали, что трекеры и умные часы обеспечивают точность 92,8-99,7%. Лучшую производительность показали Apple Watch и MisFit Shine.

При этом точность расчетов, похоже, зависит от типа бизнеса.

Так, в одном исследовании MB Nelson, LA Kaminsky, DC Dickin, AHK Montoye. Достоверность потребительских мониторов физической активности для определенных типов активности / Медицина и наука в спорте и упражнениях Трекеры Fitbits One, Zip, Flex и Jawbone UP24 давали ошибку только 4% во время различных типов ходьбы в лаборатории, но они начали лгать дико, когда люди занимались своими обычными делами, такими как уборка комнаты или работа в саду.

Во время этой активности некоторые гаджеты занижали количество шагов более чем вдвое. И только Fitbit Flex показал более-менее точный результат, пропустив всего 47 шагов.

Что касается общего количества шагов в день, исследование Y. Bai, C. Tompkins, N. Gell. Полное сравнение Apple Watch и монитора Fitbit в бесплатной среде / PLoS One Apple Watch 2, Fitbit Charge 2 и Alta показало, что умные часы и трекер ошибаются примерно на 10-15%, при этом увеличивая количество шагов.

Итог: если вы идете с нормальной скоростью 4-5 км / ч, фитнес-трекер, скорее всего, покажет вам правильное количество шагов. Но при выполнении домашних заданий или неспешной прогулки по дорожке не стоит полагаться на точность.

В любом случае ошибка не такая уж большая, и если вы на самом деле сделали 8 500 или 11500 шагов вместо 10 000, это не повредит вашему здоровью.

Потраченные калории

Фитнес-трекеры рассчитывают информацию об использовании энергии на основе данных о движениях и частоте пульса. Кроме того, некоторые устройства оснащены тепловыми датчиками и кожно-гальваническими датчиками, которые предоставляют дополнительную информацию об интенсивности движения.

Все эти данные обрабатываются в приложении, где у вас уже есть свои показатели роста, веса и возраста, и по алгоритму (у каждого производителя свой) рассчитываются затраты на электроэнергию.

В исследовании MB Nelson, LA Kaminsky, DC Dickin, AHK Montoye. Действительность потребительских мониторов физической активности для конкретных видов активности / Медицина и наука в спорте и упражнениях с трекерами Fitbits One, Zip, Flex и Jawbone UP24 более или менее точно (с погрешностью не более 8%) определено потребление энергии во время пассивного отдыха, например, во время чтения или работы за компьютером.

При ходьбе и беге по тропе или по земле гаджеты завышали энергопотребление на 16-40%. А когда люди занимались домашними делами – пылесосили, заправляли постель или работали в саду, наоборот, они недооценивали сожженные калории на 27-34%.

В метаанализе Р. О’Дрисколл, Дж. Турикки, К. Болье. Как мониторы активности оценивают расход энергии? Систематический обзор и метаанализ валидности современных технологий / Британский журнал спортивной медицины 60 научных исследований также показали, что точность зависит от типа деятельности: пассивный отдых, спорт или работа по дому.

Фитнес-часы и браслеты занижают общий дневной расход калорий и энергию для повседневной деятельности, но значительно переоценивают то, что сжигается во время упражнений.

Итог: фитнес-браслеты не умеют точно рассчитывать затраты на энергию, добавляя калории для занятий спортом и вычитая их для обычных домашних дел. Поэтому при составлении диеты не стоит останавливаться на количестве сожженных калорий, указанном в приложении.

Количество и качество сна

В лаборатории качество сна оценивают с помощью полисомнографии (исследования сна) / Mayo Сlinic. Спящий человек подключен к различным устройствам, и его мозговые волны, дыхание, уровень кислорода в крови и другие показатели отслеживаются.

Фитнес-браслеты рассчитывают время и качество сна с помощью акселерометра, который показывает, насколько активно вы двигаетесь, и светодиода, измеряющего частоту сердечных сокращений.

В эксперименте М. Замботти, С. Клаудатос, С. Инкелис, И. М. Колрейн. Оценка потребительского устройства для мониторинга физической формы для оценки сна у взрослых / International Chronobiology, с участием 28 женщин, показатели Jawbone UP сравнивались с результатами полисомнографии, и было обнаружено, что браслет завышает время сна в среднем на 26 минут и время засыпать 5 минут.

Аналогичные результаты были получены в эксперименте М де Замботти, Ф. К. Бейкера, И. М. Колрена. Валидация технологии мониторинга сна по сравнению с полисомнографией у подростков / подростков, связанных со сном. Здесь Jawbone UP завышает время сна примерно на 30 минут, а его эффективность – на 5%.

В обеих научных статьях трекеры теряли время бодрствования во время ночного пробуждения, считая его временем сна.

И чем чаще люди просыпались, тем больше ошибок допускали гаджеты.

В другом: Р. Данциг, М. Ван, А. Шах. Пульс – это не мозг: оценка сна с помощью клинических и потребительских носимых устройств зависит от множества факторов, зависящих от пациента и устройства / Журнал исследования сна с участием 102 женщин, трекеры Jawbone и Fitbit Flex добавили дополнительный час сна и переоценили его эффективность на 14%.

Когда дело доходит до стадий сна, фитнес-браслеты, часы и другие интеллектуальные устройства превосходят полисомнографию. Например, кольцо ŌURA – одно из лучших устройств для мониторинга сна с точностью 96%, недооцененное М. Замботти, Л. Росасом, И. М. Колрейном. Кольцевой сон: сравнение трекера сна ŌURA и полисомнографии / поведенческой медицины глубокого сна около 20 минут и завышенной фазы REM на 17 минут.

В другом эксперименте Fitbit Charge 2 переоценил M. Zambotti, A. Goldstone, S. Claudatos. Валидационное исследование Fitbit Charge 2 ™ в сравнении с полисомнографией у взрослых / Международная хронобиология легкого сна на 34 минуте и недооценки глубокого сна на 24 минуте.

Анализ данных четырех разных трекеров J. Mantova, N. Gravel, RMC Spencer. Надежность измерений сна с четырех персональных устройств для мониторинга здоровья по сравнению с актиграфией и полисомнографией / датчиками, основанной на исследованиях, также подтвердила, что время легкого и глубокого сна отличается от показаний полисомнографии на всех устройствах.

Итог: фитнес-браслеты могут добавить 20-60 минут сна и скрыть от вас эпизоды ночных пробуждений. Итак, если приложение поздравляет вас с отличной ночью и вы чувствуете себя паршиво, возможно, браслет «спал», когда вы ходили или поворачивались и поворачивались из стороны в сторону.

Также не стоит полагаться на браслеты при оценке количества и продолжительности этапов. Пока их гаджеты не умеют их точно определять.

Уровень стресса

Во время стресса у человека преобладает симпатическая часть нервной системы, в спокойном состоянии – парасимпатическая.

Определить, какой из них активирован в данный момент больше, можно Х. Ким, Э. Чеон, Д. Бай. Стресс и вариабельность сердечного ритма: метаанализ и обзор литературы / психиатрическое обследование вариабельности сердечного ритма (ВСР) – разницы во времени между двумя сердечными сокращениями.

В лаборатории показатели ВСР можно определить с помощью ЭКГ, измерения электрической активности сердца. Фитнес-браслеты не имеют этой опции, поэтому они измеряют YS Can, B. Arnrich, C. Ersoy. Обнаружение стресса в повседневных сценариях с использованием смартфонов и носимых датчиков: обзор / журнал биомедицинской информатики изменчивость пульса – частота изменений объема крови в капиллярах – и на основе этого рассчитывается уровень стресса.

Считается, что вариабельность сердечного ритма является показателем ВСР и уровня стресса. Так, в недавнем исследовании Д. Эрнандо, С. Рока, Дж. Санчо. Проверка Apple Watch для измерения вариабельности сердечного ритма во время релаксации и психического стресса у здоровых субъектов / датчиков показала, что Apple Watch довольно точно обнаруживают стресс, несмотря на пропуск около 10% сердечных сокращений.

Однако это всего лишь эксперимент и в нем опробована только одна модель.

В общем, вариабельность сердечного ритма – не самый точный способ измерения. Особенно, если гаджет крепится на запястье. Дело в том, что ЭКГ напрямую измеряет электрическую активность сердца, а фотоплетизмография фиксирует только последствия этой активности – изменения объема крови после сердечного выброса.

Даже малейшее движение браслета на запястье, а также сокращение мышц запястья могут помешать измерениям. Таким образом, вам не нужно полагаться на точность, даже когда вы сидите неподвижно – а вы делаете это не очень часто – не говоря уже об измерениях на ходу.

Итог: трекеры не очень хорошо отслеживают уровень стресса, потому что вы постоянно двигаетесь, и это снижает точность показаний вариабельности сердечного ритма. Поэтому, если приложение показывает низкий уровень стресса, и у вас проблемы со сном и подергивание глаз, не игнорируйте симптомы и найдите время, чтобы отдохнуть и расслабиться.

Об авторе
Главный редактор , sportfito.ru
Тренер, блогер и спортсменка. Давно составляю фитнес планы по похудению и правильному питанию для многих девушек. Теперь делюсь опытом в интернете. Пользуйтесь на здоровье.


 0   
Комментарии