03 Lug 2018
CARDIOFREQUENZIMETRO OTTICO DA POLSO. QUANTO È AFFIDABILE?
Posted by Forrest Group Minerva
Creato: 03 Luglio 2018

Cardiofrequenzimetro ottico da polso. Quanto è affidabile?

[N.d.r.: L'uso dei recenti dispositivi ottici a luce verde per la misura della frequenza cardiaca, ormai estensivamente presenti sul mercato, in alternativa alla classica fascia toracica, ha destato la mia curiosità riguardo all’accuratezza della misura.

Il web è zeppo di articoli di persone volonterose che hanno effettuato delle comparazioni tra i dispositivi ottici e la fascia toracica. I risultati non sono univoci, ma presentano giudizi contrastanti che, erroneamente, potrebbero essere imputati alla diversa marca dei dispositivi. Certamente, esisterà una certa variabilità delle prestazioni legata anche alla qualità del prodotto, ma questo è solo un aspetto secondario.

Un maggiore approfondimento della tecnica a luce verde utilizzata per la misura della frequenza cardiaca, rende di fatto (quasi) tutti gli articoli sopra menzionati abbastanza naif, poiché ci sono dei limiti intrinseci ben noti che condizionano la precisione dei dispositivi ottici da polso.

Questo è il primo di due articoli che, a mio avviso, delineano e chiariscono i molteplici aspetti legati ai cardiofrequenzimetri ottici da polso ed ai dispositivi indossabili.]


Fitbit, Garmin e altri monitor ottici da polso della frequenza cardiaca di larga diffusione, sono sempre più utilizzati nelle sperimentazioni cliniche. Il problema è che non sempre sono molto accurati.

Una ricerca di ClinicalTrials.gov, il più grande database di studi clinici al mondo, rivela quasi 200 studi sui dispositivi Fitbit. I costruttori di monitor ottici per la misura della frequenza cardiaca, destinati al pubblico, affermano chiaramente che essi non sono adibiti per scopi medici. Ad esempio, Fitbit dichiara che il loro prodotto "non è un dispositivo medico", e che "l'accuratezza dei dispositivi Fitbit non è intesa per essere equiparata a dispositivi medici o di misurazione scientifica". Allo stesso modo, Garmin chiarisce che il suo dispositivo Vivosmart è per "scopi ricreativi e non per scopi medici", e che "limiti intrinseci" potrebbero "causare letture inaccurate della frequenza cardiaca".

Nonostante queste precisazioni, i dispositivi che includono una lettura ottica della frequenza cardiaca possono suscitare, nei consumatori, delle logiche aspettative. In California, la delusione per le prestazioni del dispositivo ha portato a promuovere una causa legale collettiva contro Fitbit [N.d.r.: del 5 giu '18], sostenendo che i suoi monitor sono "grossolanamente imprecisi e spesso non registrano alcuna frequenza cardiaca".

Quindi, come funzionano questi dispositivi ottici e perché non sono sempre accurati?

Come funzionano

La scienza alla base dei monitor ottici della frequenza cardiaca è chiamata fotopletismografia (PPG): la misurazione del volume dell'arteria mediante la luce. Quando la luce emessa dal trasmettitore penetra nel corpo, la maggior parte è assorbita dai tessuti corporei, mentre una parte è riflessa. La quantità di luce riflessa dipende da diversi fattori, uno dei quali è il volume delle arterie vicine alla superficie della pelle.

Il sangue nelle arterie assorbe la luce meglio dei tessuti corporei circostanti così, mentre le arterie si contraggono e si gonfiano in risposta alla pressione sanguigna pulsante, l'intensità della luce riflessa aumenta e diminuisce. I dispositivi PPG rilevano questa variazione nella luce riflessa e la usano per stimare la frequenza cardiaca.
monitor HRT 01Rilevazione ottica della frequenza cardiaca. A sinistra: una pressione più bassa che precede l'onda del polso indica arterie più strette e minore assorbimento (maggiore riflessione) della sorgente di luce verde. Destra: una pressione sanguigna più alta ingrossa le arterie e causa un maggiore assorbimento della luce (minore riflessione). (Tim Collins)

In genere, la variazione della luce riflessa dovuta alla frequenza cardiaca, non è superiore a circa il 2%, un cambiamento che non è percepibile dall'occhio umano. Tuttavia, il movimento fisico del corpo, causa effetti ben più grandi, tanto che anche piccoli movimenti corporei, possono rendere impossibile la rilevazione del segnale degli impulsi, che sono ben più deboli. La perdita del segnale causato dal movimento corporeo sull’interfaccia sensore-pelle, indica che il semplice cammino può essere sufficiente per mascherare il segnale del polso.
monitor HRT 02Uscita amplificata del sensore PPG. A sinistra: stando fermi, mostra un segnale del battito cardiaco facilmente identificabile. A destra: il medesimo sensore qualche minuto dopo, mentre si cammina. (Tim Collins)

Può essere molto difficile stimare con precisione la frequenza cardiaca da un segnale PPG corrotto [N.d.r.: cioè modificato dai fattori terzi di disturbo]. In taluni casi, le tecniche matematiche possono essere d’aiuto [N.d.r.: tecniche di auto e cross-correlazione del segnale, però improponibili per questi dispositivi], ma spesso i segnali di interferenza del movimento e della frequenza cardiaca si sovrappongono a tal punto che sono impossibili da separare. Ad esempio, i segnali ripetuti di interferenza causati dal camminare a 100 passi al minuto, possono essere indistinguibili dalla frequenza cardiaca di 100 battiti al minuto.

Per ridurre le probabilità di letture errate della frequenza cardiaca, una comune strategia è di interrompere la registrazione quando sono rilevati alti livelli di interferenza del movimento corporeo. Sfortunatamente, questo significa che durante i periodi di esercizio vigoroso, quando molti utenti sono più interessati a conoscere la propria frequenza cardiaca, il loro sensore di attività PPG potrebbe miseramente fallire e non registrare nulla.

Anche rilevare un segnale corrotto non è semplice. Inevitabilmente, alcune cattive stime della frequenza cardiaca saranno registrate con errore. In recenti esperimenti condotti utilizzando quattro identici monitor della frequenza cardiaca (due su ciascun polso), abbiamo osservato frequenze cardiache registrate ad un valore quasi pari alla metà, e più alte di quasi il doppio rispetto alla frequenza cardiaca effettiva della persona. In gran parte, la coerenza tra i dispositivi varia a seconda del livello di attività. [N.d.r.: altri fattori che incidono sulla lettura del battito cardiaco]
monitor HRT 03Esempio di risultati sperimentali che confrontano quattro Garmin VivoSmart 3 identici [N.d.r.: Watch A÷D], durante un esercizio di camminata di 80 minuti su tapis roulant. La velocità della camminata è aumentata ogni 20 minuti, da lenta (2,4 km h-1) a vigorosa (6,4 km h-1). I dati dell'elettrocardiogramma (ECG), utilizzati per il confronto, sono stati registrati utilizzando un cardiofrequenzimetro a fascia toracica. (Tim Collins)

Economico e conveniente

La popolarità dei monitor ottici che possono essere indossati al polso per la misura della frequenza cardiaca, è in gran parte dovuta alla praticità ed al basso costo dei dispositivi. Tuttavia, durante i periodi di attività fisica, stimare accuratamente la frequenza cardiaca utilizzando questi dispositivi è difficile. E non dovremmo aspettarci miglioramenti significativi in termini di affidabilità, a meno che non ci siano modifiche fondamentali nella tecnologia dei sensori. Questo non è dovuto alla qualità dei dispositivi, ma piuttosto ad un'inevitabile limitazione tecnologica del rilevamento ottico.

Se poi l'etichettatura di questi dispositivi come "cardiofrequenzimetro" rischia di creare irrealistiche aspettative, è un’altra questione.

19 giu 2018 - 15,33 BST0

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Autori

  1. Tim Collins - Senior Lecturer in Electronic Engineering, Manchester Metropolitan University
  2. Ivan Miguel Pires - PhD Researcher, University of Beira Interior
  3. Salome Oniani - PhD Researcher, Georgian Technical University
  4. Sandra Woolley - Senior Lecturer, Software and Systems Engineering Research, Keele University


Questo lo studio originale completo:
https://www.researchgate.net/publication/325828687_Reliability_Assessment_of_New_and_Updated_Consumer-Grade_Activity_and_Heart_Rate_Monitors 



Tratto da: https://theconversation.com/how-reliable-is-your-wearable-heart-rate-monitor-98095


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