Cảm biến nhịp tim quang học trên đồng hồ thông minh là gì? Nguyên lý và công dụng

Cảm biến nhịp tim quang học trên đồng hồ thông minh là công nghệ phổ biến giúp thiết bị theo dõi nhịp tim mà không cần dây đeo hay điện cực tiếp xúc trực tiếp với tim. Vậy cảm biến này hoạt động như thế nào, đo nhịp tim ra sao và có chính xác không? Cùng tìm hiểu chi tiết.

Cảm biến nhịp tim quang học trên đồng hồ thông minh là gì?

Cảm biến nhịp tim quang học, thường được gọi là PPG (Photoplethysmography), là công nghệ sử dụng ánh sáng để phát hiện sự thay đổi lượng máu lưu thông dưới da.

Ở mặt dưới của smartwatch thường có một cụm đèn LED kết hợp với cảm biến quang học. Khi hoạt động, đèn chiếu ánh sáng vào da ở cổ tay. Lượng ánh sáng được phản xạ trở lại sẽ thay đổi theo lượng máu trong các mạch máu dưới da.

Đồng hồ phân tích những thay đổi này để ước tính nhịp tim của người dùng theo đơn vị BPM (beats per minute – số nhịp mỗi phút). Nói đơn giản, cảm biến không "nhìn thấy" trực tiếp nhịp tim mà phân tích biến động lưu lượng máu để suy ra nhịp tim.

Cảm biến nhịp tim quang học hoạt động như thế nào?

Công nghệ PPG hoạt động dựa trên sự thay đổi hấp thụ và phản xạ ánh sáng của mô dưới da. Quá trình cơ bản có thể diễn ra như sau:

• Đèn LED phát ánh sáng: Cảm biến phát ánh sáng vào vùng da tiếp xúc với mặt đồng hồ.
• Ánh sáng tương tác với mô: Máu và các mô dưới da hấp thụ một phần ánh sáng.
• Máu thay đổi theo từng nhịp tim: Khi tim co bóp, lượng máu trong mạch máu tại cổ tay thay đổi.
• Cảm biến thu ánh sáng phản xạ: Photodiode ghi nhận sự thay đổi của ánh sáng.
• Thuật toán xử lý dữ liệu: Đồng hồ phân tích tín hiệu PPG để ước tính nhịp tim.

Chu trình này được lặp lại liên tục khi người dùng đeo đồng hồ, cho phép thiết bị theo dõi nhịp tim theo thời gian thực hoặc định kỳ tùy chế độ.

Vì sao smartwatch thường sử dụng đèn LED màu xanh lá?

Nhiều đồng hồ thông minh sử dụng đèn LED màu xanh lá trong hệ thống đo nhịp tim quang học. Máu hấp thụ ánh sáng xanh tương đối tốt, khi lượng máu trong mạch máu thay đổi theo nhịp tim, lượng ánh sáng được phản xạ về cảm biến cũng thay đổi. Đồng hồ có thể sử dụng những biến động này để xác định chu kỳ nhịp tim.

Tuy nhiên, không phải mọi cảm biến PPG đều chỉ sử dụng ánh sáng xanh lá. Một số thiết bị có thể kết hợp nhiều bước sóng khác nhau, chẳng hạn ánh sáng đỏ hoặc hồng ngoại, để phục vụ các phép đo khác.

Cảm biến PPG trên smartwatch đo được những gì?

Tùy từng mẫu đồng hồ và thuật toán xử lý, cảm biến quang học có thể được sử dụng cho nhiều tính năng sức khỏe và thể thao.

Đo nhịp tim

Đây là chức năng phổ biến nhất. Đồng hồ có thể đo nhịp tim khi người dùng nghỉ ngơi, tập luyện hoặc ngủ. Dữ liệu sau đó được hiển thị trực tiếp trên màn hình hoặc lưu vào ứng dụng trên điện thoại.

Theo dõi nhịp tim khi tập luyện

Trong quá trình chạy bộ, đạp xe hoặc tập gym, nhịp tim có thể thay đổi liên tục. Smartwatch sử dụng cảm biến PPG để theo dõi những thay đổi này, từ đó cung cấp dữ liệu phục vụ việc kiểm soát cường độ tập luyện.

Theo dõi nhịp tim lúc nghỉ

Nhịp tim lúc nghỉ là một trong những dữ liệu thường được smartwatch ghi nhận. Việc theo dõi trong thời gian dài có thể giúp người dùng hiểu thêm về xu hướng thay đổi nhịp tim của bản thân.

Hỗ trợ theo dõi giấc ngủ

Một số smartwatch sử dụng dữ liệu nhịp tim cùng các cảm biến khác để phân tích giấc ngủ. Tùy thiết bị, hệ thống có thể kết hợp thêm dữ liệu chuyển động, SpO₂ và các thông tin sinh học khác để đưa ra thống kê về giấc ngủ.

Cảm biến nhịp tim quang học có đo được SpO₂ không?

PPG là nền tảng cho nhiều phép đo quang học, nhưng đo nhịp tim và đo độ bão hòa oxy trong máu (SpO₂) là hai chức năng khác nhau. Để ước tính SpO₂, thiết bị thường sử dụng nhiều bước sóng ánh sáng, phổ biến là đỏ và hồng ngoại, sau đó phân tích mức độ hấp thụ ánh sáng của máu.

Vì vậy, một chiếc smartwatch có cảm biến PPG không đồng nghĩa chắc chắn có tính năng đo SpO₂. Tính năng này phụ thuộc vào phần cứng và phần mềm của từng sản phẩm.

Cảm biến nhịp tim quang học có chính xác không?

Độ chính xác của cảm biến PPG trên smartwatch có thể khá tốt trong điều kiện phù hợp, đặc biệt khi người dùng đứng yên hoặc thực hiện các hoạt động có chuyển động tương đối ổn định. Tuy nhiên, kết quả có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố:

• Đồng hồ đeo quá lỏng.
• Đồng hồ đeo quá chặt.
• Cổ tay chuyển động mạnh.
• Mồ hôi nhiều.
• Nhiệt độ môi trường.
• Tình trạng da.
• Lông tay hoặc hình xăm ở vị trí cảm biến.
• Đồng hồ bị lệch khỏi vị trí đo.
• Cường độ vận động cao.

Do đó, số liệu từ smartwatch nên được xem là dữ liệu theo dõi và tham khảo, không phải kết quả chẩn đoán y tế.

Cảm biến PPG khác cảm biến nhịp tim điện tâm đồ ECG thế nào?

PPG và ECG đều có thể được sử dụng để theo dõi hoạt động tim nhưng sử dụng phương pháp khác nhau.

PPG có lợi thế về sự tiện lợi vì có thể hoạt động liên tục khi người dùng đeo đồng hồ. Trong khi đó, ECG có khả năng ghi nhận hoạt động điện của tim và cung cấp loại dữ liệu khác với PPG.

Những yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo nhịp tim

Cách đeo đồng hồ

Đây là một trong những yếu tố quan trọng nhất. Mặt cảm biến cần tiếp xúc tương đối ổn định với da. Nếu dây quá lỏng, ánh sáng từ LED có thể bị thất thoát và tín hiệu thu được không ổn định. Tuy nhiên, không nên siết dây quá chặt vì có thể gây khó chịu.

Vị trí đeo

Thông thường, smartwatch nên được đeo ở vị trí phù hợp trên cổ tay theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Khi tập luyện, bạn có thể điều chỉnh dây đeo vừa đủ chắc để đồng hồ không bị xê dịch.

Chuyển động

PPG dễ bị ảnh hưởng bởi chuyển động của cổ tay. Những bài tập có nhiều động tác tay hoặc rung lắc mạnh có thể khiến tín hiệu bị nhiễu.

Mồ hôi

Mồ hôi có thể ảnh hưởng đến khả năng tiếp xúc giữa cảm biến và da, từ đó làm giảm chất lượng tín hiệu trong một số trường hợp.

Làm thế nào để đo nhịp tim bằng smartwatch chính xác hơn?

Để cải thiện kết quả đo, bạn có thể:

• Đeo đồng hồ vừa vặn, không quá lỏng.
• Đặt cảm biến tiếp xúc ổn định với da.
• Lau sạch mồ hôi ở mặt dưới đồng hồ.
• Giữ cổ tay tương đối ổn định khi đo.
• Đảm bảo cảm biến không bị bụi bẩn che phủ.
• Cập nhật phần mềm đồng hồ khi có phiên bản mới.
• Tuân thủ hướng dẫn đeo của nhà sản xuất.

Nếu đang tập luyện và cần dữ liệu nhịp tim chính xác hơn, một số người dùng có thể cân nhắc đai đo nhịp tim chuyên dụng.

Kết luận

Cảm biến nhịp tim quang học trên đồng hồ thông minh là công nghệ PPG sử dụng ánh sáng và cảm biến quang học để phát hiện sự thay đổi lượng máu dưới da, từ đó ước tính nhịp tim. Công nghệ này có ưu điểm là nhỏ gọn, tiện lợi và có thể theo dõi liên tục. Tuy nhiên, kết quả vẫn chịu ảnh hưởng bởi cách đeo, chuyển động và nhiều yếu tố môi trường. Vì vậy, dữ liệu từ smartwatch nên được sử dụng chủ yếu để theo dõi xu hướng sức khỏe và hỗ trợ luyện tập.

Nếu bạn muốn theo dõi nhịp tim, vận động và các chỉ số sức khỏe thuận tiện mỗi ngày, smartwatch là thiết bị đáng cân nhắc. Khám phá các mẫu đồng hồ thông minh tại FPT Shop để lựa chọn sản phẩm phù hợp với nhu cầu tập luyện và theo dõi sức khỏe của bạn.

Xem thêm:

• Nên mua đồng hồ hay nhẫn thông minh? So sánh chi tiết để đưa ra lựa chọn phù hợp
• Có nên đeo đồng hồ thông minh khi ngủ không? Tư vấn từ góc nhìn sức khỏe và trải nghiệm thực tế