Miért világít zölden az okosórám? – Véroxigénszint és pulzus mérés
Ha nem elzártan élünk egy lakatlan szigeten akkor biztosan láttunk már vagy próbáltunk ki okosórát, vagy okoskarkötőt. Manapság ezek nagyon elterjedtek és szinte minden korosztály hordja, vagy azért, mert aktívan sportolnak, vagy csak törekszenek az egészséges életre és szeretnék az életfunkciójukat és az aktivitásukat nyomon követni. Biztosan nem tudunk mindent ezeknek a működésükről, de szerintem mindenki számára az első kérdés az volt, amikor egy ilyen a kezére került, hogy: „Miért is világít zölden az okosórám?” – A rövid válasz: így méri a pulzusodat – és hasonló elven, de más fényekkel, a véroxigénszintedet is. De járunk utána kicsit mélyebben, hogyan is működik ez mivel, számomra is sokáig rejtély volt ez pedig évek óta használok én is hasonló eszközöket.
1. Hogyan mérünk a fény segítségével?
Ahhoz, hogy fényt használjunk fel valamilyen méréshez, nyilvánvalóan egy fényforrásra, ez lehet akár egy sima lámpa is vagy LED. És mivel mérésről beszélünk ezért valami mérőeszközre is szükségünk van, ez pedig esetünkben egy szenzor lesz. Ha ezek megvannak akkor elvileg már kezdhetjük is a mérésünket. A mérés alapja az, hogy figyeljük a vér és a fény kölcsönhatását, majd ebből szoftveresen adatokat tudunk előállítani. Biztos játszottunk már olyat, hogy egy erős zseblámpával az ujjunkon keresztül világítunk át, az pirosan „áttetszővé” vált és ha sokáig néztük akkor változásokat tudunk megfigyelni az izzó bőrfelületen. Na a pulzus és a véroxigénszint mérésének is ez az alapja.
Két módja van annak, hogyan mérünk fény segítségével: áteresztéses és visszaverődéses. A fény útja határozza meg, hogyan is működik az adott eszköz:
Transzmissziós (áteresztéses) pulzoximetria:
- Ez az arany standard, amit a korházakban is használnak.
- A fényforrás és az érzékelő a testrész két oldalán helyezkedik el (pl. ujjcsipesz).
- A fény átmegy a szöveten, és a másik oldalon egy szenzor méri mennyi jutott át.
- Ez a mérés nagyon pontos, de csak vékony testrészeknél működik jól (ujj, fülcimpa).
Reflektív (visszaverődéses) pulzoximetria:
- Ezt használjuk az okosórákban és a fitneszeszközökben.
- A LED-ek és az érzékelők ugyanazon az oldalon vannak.
- A fény visszaverődésből számítják ki az oxigénszintet.
- Előnye, hogy bárhol mérhető a testen, nem kell vékony testrész.
- Hátránya, hogy kicsit pontatlanabb mérést eredményez.
2. Hogyan méri a véroxigénszintet?
Az alapelv az, hogy a vérben található hemoglobin (vasat tartalmazó fehérje, ami fontos szerepet játszik az oxigén és a szén-dioxid szállításában) másképp nyeli el a fényt attól függően, hogy éppen milyen formában található meg a véráramban.
A hemoglobin két formában fordulhat elő:
- Oxihemoglobin: oxigénnel telített, „világosabb vörös” színű.
- Deoxihemoglobin: oxigén nélküli, sötétebb árnyalatú.
Ezek a molekulák eltérően nyelik el a különböző hullámhosszú fényt, az oxigénnel telített hemoglobin jobban elnyeli az infravörös fényt (~940 nm), ellenben az oxigén nélküli hemoglobin jobban elnyeli a vörös fényt (~660nm).
A mérés menete egyszerű:
- Első: Fény kibocsátása: A pulzoximéter apró LED-jei kétféle fényt bocsátanak ki – vöröset és infravöröset.
- Második: Fény-vér kölcsönhatás: A fény áthalad (vagy visszaverődik) a bőrön, ereken és szöveteken. Ahogy a vér lüktet a szívveréssel, a fényelnyelés mértéke periodikusan változik.
- Harmadik: Érzékelés: A szenzor (fotodióda) érzékeli, mennyi fény jutott át vagy verődött vissza a szövetből.
- Nyedik: Jelfeldolgozás: Az szoftver kiszámolja, hogy a vörös és az infravörös fény elnyelésének aránya hogyan változik. Ebből meghatározza, hány százalékban telített oxigénnel a vérünk.
3. És mi a helyzet a pulzusméréssel?
Pulzust kétféle módon lehet mérni:
Elektromos: A szívünk minden szívveréskor kis elektromos áramot generál, amit nem érzékelünk mivel millivolt nagyságrendű. Viszont ezeket a gyenge jeleket elektromos alapon működő pulzusmérőkkel, ezeket a gyenge jeleket képesek vagyunk érzékelni és nyomon követni ezt az áramot.
Optikai: Ezek az eszközök valamilyen fényt használnak az artériák tágulásának megfigyelésére, miközben a szív vért pumpál át rajtuk. Majd a megvizsgált „fény adatokból” tudják megállapítani a pulzust vagy akár a véroxigén szintet.
Érdekesség az, hogy az optikai mérés szinte ugyan az, mint a fentebb leírt metódus a véroxigénszint mérésére. Itt azonban nem a vörös és infravörös fényre van szükség, hanem a zöldre (kb. 520-560nm). Oka ennek az, hogy a hemoglobin a zöld fényt nagyon erősen elnyeli, és a csuklón a vékony bőr alatt így sokkal erősebb jelet kap vissza az óra érzékelője.
A szívünk minden dobbanásnál egy kis hullámban több vért pumpál az ereinkbe. Ilyenkor az adott területen – például a csuklónkban – több vér van, majd a következő pillanatban kevesebb. Ez a ritmikus pumpálás arra is kihatással van, hogy mennyi fényt nyel el a bőrünk alatt áramló vér.
Amikor a zöld LED fénye átsüt a bőrünkön, és részben visszaverődik. Amikor több vér van az erekben, több fény nyelődik el, és kevesebb jut vissza az érzékelőbe. Amikor kevesebb a vér, éppen fordítva: több fény verődik vissza. Az óra apró érzékelői ezt a fény-ingadozást mérik folyamatosan.
Az óránk ezután semmi mást nem csinál, mint szoftveresen megszámolja, hogy ezek a fény-változások milyen gyakran ismétlődnek. Ha például 60-szor történik egy percben, akkor a pulzusunk 60 ütés/perc.
Tehát ezért látunk világítani zöld LED-et a legtöbb okosóra hátlapján. Az oxigénmérésnél viszont vörös és infravörös fény dolgozik, amit nem feltétlenül látunk.
4. Mennyire megbízhatóak ezek a mérések?
A véroxigénszint mérésnél, a transzmissziós ujjra csíptetett eszközök ±2% pontossággal tudnak mérni, ha ideális körülmények között használjuk őket. Az okosórákban használt reflektív módszer ennél sajnos zajosabb, így a gyártók általában 3-4%-os pontosságot adnak meg.
Ellenben a pulzusmérés meglepően pontosan működik nyugalmi helyzetben ± 3 ütés/perc eltéréssel tudnak mérni egy mellkaspántos EKG-s szíjhoz képest. (Egy intenzív edzésnél azonban ez az eltérés 5-10 ütés/perc is lehet.)
Természetesen a testünkön hordott aktivitásfigyelők nem tudják helyettesíteni az orvosi méréseket mert sok befolyásoló tényező még ronthatja a pontosságukat. Például, ha edzés közben használjuk a folyamatos mozgás, a hideg környezet, ha lazán helyezzük fel az óraszíjat vagy akár az is változtathat a mért adatokon, hogy milyen tónusú a bőrünk. Természetesen a mindennapokban nyugodtan használhatjuk ezen eszközök méréseit.
5. Mire is jók nekünk ezek az értékek?
Bár jelenleg még nem tud kiváltani egy orvosi vizsgálatot semmilyen otthoni okoseszköz, a pulzus- és SpO2 mérés rengetek helyzetben hasznos lehet számunkra:
- Sport közben: segít követni a terhelést és a regenerációt.
- Alvásfigyelés: kimutathatja az oxigénszint-ingadozást, például alvási rendellenességek gyanúját.
- Mindennapokban: gyors visszajelzést ad az állapotunkról, és tudjuk követni a trendeket hosszabb távon, valamint a fentiekben kitárgyalt adatok alapján a szoftver egyéb értékeket is tud számolni, mint például a stresszszint.
Összefoglalva: az okosórák apró fényforrások és érzékelők segítségével képesek betekintést adni a vérünk állapotába. A vörös és az infravörös fényből a véroxigénszintet számolják ki, a zöld fényből pedig a pulzust követik. Bár nem helyettesítik az orvosi műszereket, mindennapokban és sportolás közben rengetek hasznos információt adhatnak rólunk – sőt, hosszabb távon még az egészségünk megőrzésében is segíthetnek. Legközelebb, amikor meglátod az óra hátlapján felvillanni a zöld LED-et, már nem kell furcsán nézned rá mert tudni fogod hogyan működik.
Forrás:
https://my.clevelandclinic.org/health/diagnostics/23429-heart-rate-monitor
