La ciencia tras un pulsioximetro: Mi band 2


Hace una semana comencé un proyecto basado en la miband2 de Xiaomi que incorpora monitor de frecuencia cardíaca, y como la curiosidad puede conmigo, realicé una pequeña investigación sobre este tipo de sensores. Su mecanismo es tan sencillo que no he podido evitar sorprenderme y necesitaba compartirlo.
Los sensores ópticos de frecuencia cardíaca funcionan mediante oximetría de pulso, una técnica que aprovecha el hecho de que la hemoglobina oxigenada y desoxigenada tiene diferentes propiedades ópticas. Con cada latido del corazón, hay un aumento en la sangre arterial (oxigenada), que se detecta como un cambio en la absorbancia y / o reflectancia de la luz roja y / o infrarroja.

La mayoría de los monitores de frecuencia cardíaca óptica en smartphone o wearables, son bastante rudimentarios en comparación con los oxímetros clínicos. Consisten en un LED rojo y un detector óptico que mide la reflectancia de la luz roja de su piel (o más específicamente, la sangre debajo de su piel). La reflectancia es un poco diferente durante instante exacto del latido del corazón y en el momento intermedio en los que no hay latido, por lo que el detector verá una señal periódica durante la duración de la medición de la que se extrae la frecuencia cardíaca.

Esquema de los datos del pulsioximetro. El eje x es el tiempo y el eje y es la potencia óptica reflejada. Fuente de Imagen.

El mismo principio se puede utilizar para medir la oxigenación de la sangre, y muchos monitores de ritmo cardíaco en wearables lo permiten también. Sin embargo, es necesario medir en dos longitudes de onda para conseguir la concentración relativa de la hemoglobina oxigenada.

Absorción en función de la longitud de onda de la hemoglobina oxigenada (roja) y desoxigenada (azul). Las líneas verticales punteadas indican longitudes de onda donde las mediciones se realizan comúnmente (700nm = rojo, 900nm = infrarrojo). Comparación de la absorción de rojo / infrarrojo a la curva anterior puede medir la oxigenación de la sangre, además de la frecuencia cardíaca. Fuente de Imagen.

Los sensores ópticos de la frecuencia cardíaca utilizan una metodología llamada photoplethysmography (PPG) para medir la frecuencia cardíaca. PPG es un término técnico para la luz brillante en la piel y la medición de la cantidad de luz que se dispersa por el flujo sanguíneo. Simplificando los detalles podemos decir que el PPG se basa en el hecho de que la luz que entra en el cuerpo se dispersará de una manera predecible, permitiendo calcular la dinámica del flujo sanguíneo, como los cambios en las tasas de pulso sanguíneo (frecuencia cardíaca) o con cambios en el volumen de sangre (presión arterial).
PPG utiliza cuatro componentes técnicos primarios para medir la frecuencia cardíaca:

  1. Emisor óptico – compuesto generalmente de por lo menos 2 LED que envían ondas cortas a la piel. Debido a las grandes diferencias en el tono, el grosor y la morfología de la piel asociadas a la diversidad de personas que usan los dispositivos, la mayoría de las OGRH más avanzadas usan múltiples longitudes de onda que interactúan de manera diferente con diferentes tonalidades de piel.
  2. Digital Signal Processor (DSP) – el DSP captura la luz refractada el dispositivo y traduce esas señales a binario para calcular los datos de la frecuencia cardíaca.
  3. Acelerómetro – el acelerómetro mide el movimiento y se utiliza en combinación con la señal DSP como entradas en los algoritmos PPG tolerantes al movimiento.
  4. Algoritmos: los algoritmos procesan las señales del DSP y el acelerómetro en datos de frecuencia cardíaca, pero también pueden calcular la biometría adicional como volumen de oxigeno en sangre, calorías quemadas, intervalo RR, variabilidad de la frecuencia cardíaca, concentraciones de metabolitos sanguíneos, niveles de oxígeno en la sangre , e incluso la presión arterial.

Aquí está un diagrama simplificado.

Mas detalles y origen del articulo- Optical Heart Rate Monitoring: What You Need to Know

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