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三种计算方式 、跑表五个分区——运动中的及心心率区间了解一下 ?
先解释一下心率区间是如何得出的——
基于心率的训练 ,心率区间一般被分为五个区间。率设知道自己在什么心率区间运动 ,备选也就能得到对应的南/运动效果。常见的跑表心率区间有三种计算方法:
简单说下这三种计算方法的区别——
其中,最大心率百分比是南/三种里最为常见的——
最大心率百分比对应Z1 、Z2…Z5这五个心率区间,分别代表了5种不同的运动强度 :暖身区(Z1)、燃脂区(Z2)、有氧耐力区(Z3) 、马拉松配速区(Z4) 、无氧耐力区(Z5) 。
从名字就能看出这些区间所对应的运动状态。如开始正式运动前的热身,心率一般位于暖身区(Z1);通常我们所说的慢跑 ,心率区间就在有氧耐力区(Z3)里。
前面说了 ,最大心率百分比的心率区间是按照人的最大心率计算的 。
最大心率有多种计算方法 ,比较简单是「220-年龄」 ,也有更为复杂的公式 ,包括之前介绍过亲身去跑来实际测量的方法:把计算公式放一边,跑步爱好者应该如何测量自己的实际最大心率?,将得到/计算出的最大心率输入佳明设备 ,就得到了这五个区间范围。
再说下储备心率百分比——
储备心率百分比对应的区间,有时候又会通过E/M/T/A/I 这些字母来表示/命名 。储备心率百分比的心率区间计算按照储备心率数据 ,基于最大摄氧量(VO2max)的概念得出的。相比上面的最大心率百分比,储备心率百分比更针对跑步等耐力运动的训练。
E/M/T/A/I 几个字母分别代表了 :
除了E/M/T/A/I外 ,有些心率训练指导里还会有个D和R:D代表运动前的热身 ,D区间的心率也会比E要低很多;而R通俗来说 ,就是心脏处于“爆发小宇宙”的爆缸状态^^
当得知自己的最大心率和静息心率,也就能得到E/M/T/A/I心率区间的范围了。使用佳明产品时,你可以在 Garmin Connect 中找到「设置心率区间」 ,选择基于储备心率百分比,输入相应数据以及百分比,即可得到 E/M/T/A/I 区间的心率范围。
还有一个乳酸阈值百分比——
对专业的跑者来说,乳酸阈值大约在他们最大心率 90%的时候达到。对一般人来说 ,乳酸阈值则出现的更早些,往往最大心率还没到 90%,这个阈值就出现了 。
知道自己的乳酸阈值能帮助你了解自身所能承受的训练强度,或者是否还具备实力可以再冲刺一下^^
计算乳酸阈值百分比的心率区间,需要知道两个数据:乳酸阈值 和 最大心率(目前佳明的跑步手表是可以计算出这两个数据的) 。这里就不展开了,以后撰文细细解说 。
最后送上一个小贴士——使用心率监测器(如心率带、光电监测心率的手表)跑步次数/时间越多,最大心率和最大摄氧量的计算结果也会越精准(更符合你实际的数据) ,从而也就获得了更为准确的心率区间 。
感谢阅读 @Garmin佳明 机构号的第四个回答~我们未来会持续在知乎和大家分享关于运动、导航、生活、科技的干货知识/故事。
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挺简单的 ,你把手指盖住手机摄像头,用强光(如果手机摄像头和闪光灯距离近可以用闪光灯)照那个手指,就能看到图像是忽明忽暗的,对应着心跳。
手环的心率检测模块用的都是绿光,也是因为血液是红色 ,吸收的绿光最多 ,光信号的变化最强
目前运动手环多数是通过测量反射光来监测心跳 ,具体过程如下:手环将一束光打在皮肤上,当心脏泵血时 ,血管中充满血液。血液倾向于吸收绿光反射红光,因此心脏在收缩和舒张时会产生颜色不同的反射光,手环正是通过检测这些反射光来记录心率的。
可以看出想要有效使用手环监测心率需要正确佩戴才行 ,不能有漏光、还要保证佩戴处血流通畅。
By Nothing 中科院物理所
越来越多的人注重健康,热爱运动,智能手环也随之出现了 。
手环的发展史就是一个以健康和运动为主题的穿戴式设备的演化进程 。
早期的手环,只有基础的计步功能。它仅仅用了加速度传感器以及蓝牙功能 ,满足了人们最基本的运动计步功能,具备超长的待机时间 ,同时能够与智能手机连接,通过智能手机上的应用程序来检查运动量 ,这在当时是非常成功的。
后来的手环,开始具备了心率检测、睡眠、来电提醒等一系列健康相关的功能,尤其是光电式心率检测功能将智能手环推到了一个新的高度。 光电式心率检测结合加速度传感器可以支持运动状态下的心率检测 ,佩戴手环跑步可以知道心率的变化,指导用户进行科学健身活动 。手环配合智能手机的应用程序可以实现更多更复杂的应用,另外手环也变得更实用,比如说增加一块小的显示屏可以给用户提供直观的运动量以及时间提示等功能 。
现在的手环则应用功能更为强大 ,屏幕更大,显示的内容更多。虽然没有增减新的健康传感应用,但传感器的检测精度进一步提升,用户感受变得越来越好。配套的APP结合大数据应用让健康和运动配套的功能更加完善 。
尽管现在智能手环的功能繁多 ,检测心率、血压 、计步、检测睡眠 、来电提醒等,功能也越来越完善、稳定 。但是运动记录和心率检测是手环最基础也是最重要的两个功能。另外,手环和手表的界限也越模糊 ,用户只需要根据功能需求来选择产品即可 。
穿戴式产品测量心率的方法有三种 :
一是基于生物电势测量的方法如ECG(心电图),通过测量ECG的方法获得心率,这是最准确的方法。这需要两个或三个电极,一个放在手环/手表的上面(使用手指接触),其他的一个或两个放在下面(接触皮肤) ,使用时将一只手搭在另一只手的手环/手表电极上完成测量。
二是基于PPG(容积描记波)的方法 ,它使用光电式的检测方法将LED光源照射进入人体的皮肤组织,然后通过接收端的光电接收管来将接收到的光信号转换为电信号 。由于皮肤组织内的血液流量随着脉搏的变化而周期性地变化,同时血液中的含氧血红细胞的比例也随着脉搏的变化而变化 ,因此它们对入射光的吸收程度也随着脉搏而呈现周期性的变化 ,体现在接收端就是接收到的电信号也随着脉搏而变化 。通过算法我们可以解调出这个信号,从而算出脉率,脉率等于心率。
三是基于震动的监测方法,它使用精密的加速度传感器来测量由于心脏或者血管震动产生的机械冲击信号,由于心脏额收缩是有周期性的,因此分析该震动信号可以获得心率 ,典型的应用是心冲击图(BCG),但一般来说加速度传感器是放在胸前而不是手腕上,主要原因是手腕上的心脏/血管震动很微弱而且容易受其他的干扰;
要实现手环检测心率,都离不开核心部件——传感器 。
其实 ,不管是心率手环还是非心率手环 ,其核心传感器都是重力加速度传感器 。
目前市面上的智能手环内置最多的MEMS传感器为三轴加速度传感器 ,即可以监测到x、y、z三维方向的重力加速度分量,是性能最稳定的一种 。
此外 ,重力加速度传感器主要以三轴的为主 。如果仅仅是运动健康、计步等功能 ,三周加速度传感器就可以了,如果用户更专注于运动轨迹信息的话 ,可以选择包括加速度传感器、陀螺仪和磁力计的复合传感器 。
在市面上很多穿戴式手环中都能看到ADI 亚德诺半导体 核心传感器的影子
手环一般有这么一些结构 :主板(上面包含主芯片、闪存等);
蓝牙模块(用于实现与智能手机的交互);
人机交互模块(主要包括显示盘 ,触摸按键,振动发生器等);
还有最重要的检测传感器-加速度传感器、心率检测器等。
如下是一些常见的传感器:
那么这些手环产品所使用的ADI加速度传感器是怎么样的水准呢 ?
1)ADXL362以及后续产品 ,着重于超低功耗应用,穿戴式产品的一个重要指标就是电池的续航时间 ,ADXL362及其后续产品的功耗低甚至于电池的自放电电流 。另外,ADXL362还可以用作电源开关功能 ,即只有当运动超过一定阈值后才打开系统电源;
2)ADPD系列是ADI的PPG光电式心率传感器 ,它采集的信号是PPG容积描记波信号。除了基本的心率之外,它还可以支持基于PPG信号的更多应用,比如SPO2(血氧饱和度) 、连续无创血压(cNIBP)、心率变异性分析(HRV)等等;
3)ADPD家族的最新产品ADPD4000系列将PPG和ECG等功能集成到一起 ,提供给目标客户一整套解决方案;
4)AD8233是专用的单导心电传感器,它是一个集成的完美的心电监测前端 ,简化用户的设计工作并缩短上市时间;
5)AD5940/1是集成的模拟前端,用于检测皮肤电导率的变化 ,从而获知被检测对象的疲劳指数、情绪状态等等 。这广泛用于疲劳监测 、专注力培训、抑郁症早期监测等领域。
总之,运动健康主题将是穿戴式产品的主要应用,体现在下面几点:
现在几乎每个行业都会谈到与5G的联系 ,5G的到来是通讯技术的革命 ,对于穿戴式手环/手表而言,数据同步将不是问题 ,体现在下面几点:
1)5G的天线更小,更容易集成在小尺寸里;
2)数据分析不需要放在本底只要上传到后端处理器处理好后再回传结果就可以了 ,这大大降低了对中断设备的工号以及处理能力的需求;
3)数据通讯更加实时,容易实现多传感器同步、数据融合;
当然,ADI 亚德诺半导体 的半导体技术 、传感器元件不仅仅局限于手环。在检测 、测量 、连接 、电源、翻译、安全等多个领域都有它的身影。就比如当下最热门的无人驾驶等领域都会大量应用到ADI的元件以及技术。
光电手表方便&心率带准确 :跑者心率监控很重要教你如何选 ?
运用手表、手环等可穿戴设备测量心率是跑者跑步时监控强度 、确保安全运动最重要的方式和目的。
目前市面上主流的心率测量技术主要有两种 :
一种是光电心率测量技术;一种是心率带测量技术。
光电手表佩戴方便 ,使用体验好 ,不会给人增加额外负担 ,但光电手表在心率测量尤其是在高心率区间测量精度不够,仍然是光电手表主要痛点。
而心率带测量技术则更为传统 ,其优点是测量心率准确 ,但必须在胸口佩戴一根长长的心率带 ,会给人束缚感,使用体验稍差 。
随着技术发展,光电手表测量精度在不断提升但尚未完全解决高心率区间测量不准的问题,传统心率带测量技术则没有什么大的进步 ,而心率带内置运动传感器可以测量跑姿也是其优点之一。
你该选择哪种可穿戴设备 ?我帮你详细参谋一下
心率带测量原理是侦测心电(ECG)信号,而心电图法目前仍然是心率测量的“金标准”方法 。
心脏收缩舒张会伴随电活动 ,将这种电活动信号引出放大滤波就形成了心电信号 ,窦房结通过发放节律的电信号并且将这种电信号传遍心脏 ,从而控制心脏的搏动,所以说心脏收缩舒张活动本质上是受到心电信号的控制 。
所谓心律失常就表现为心脏电信号产生或者传导发生重大问题,那么就会导致心脏无法正常收缩舒张甚至停止跳动 ,恶性心律失常就是马拉松赛场上偶有猝死发生的重要原因之一。
心率带通过两片胶皮电极就可以侦测心电信号并且在正负极之间的一个回路 ,所以心率带本质就是测量心电信号 ,其优点是较为精准,但缺点也很明显 ,那就是必须通过介质比如胶皮电极 、电极片等等测量心率 ,这就容易导致自由运动受到一定程度障碍。
很多跑者以为心率带是靠中间一个带有LOGO的硬质部件采集心率,其实这是误解,心率带是靠两大片胶皮电极测量心率的 ,中间的硬质部件通常是电池 、其他内置传感器和传输装置。
心率带之所以佩戴在胸口不是因为只有胸口才能测量心率,而是因为心脏区域心电信号最强,采集效果最好。
有时候心率带滑落到肚子上也能测量心率,就是因为心电信号会以极微弱电流传遍全身,只不过肚子上心电信号会有所减弱 。
此外,在冬季 ,由于皮肤干燥,心电信号传输受到皮肤电阻影响 ,这时候用心率带往往刚开始测不出心率,用水打湿一下胶皮电极 ,或者运动一会出汗后 ,加强了导电性 ,就可以测量心率了。
还有些人体型瘦弱,胸骨较为凸出 ,也有可能导致胶皮电极与皮肤并没有紧密接触 ,从而影响心率测量的精度 。
所以通常来说,心率带测量心率要么测不出来,测出来一般都是准确的 。
还有些跑者会发现 ,心率带测量心率往往心率波动较大 ,特别是在安静时候更加明显 ,比如坐着的时候心率是60 ,站起来心率就会一下窜到90多。
而在短短一两秒钟之内心率是不会发生如此剧烈变化的,这跟心率带测量心率的计算方式有关。
心率带是通过计算RR(所谓RR间期是指心电两个相邻QRS波波峰之间的时间)间期时间倒推心率的 ,也即用60除以RR间期 。
比如RR间期为1秒 ,心率就为60,这是如果从坐到站,RR间期缩短为0.6秒,心率就会加快到86次,所以心率带是即使根据RR间期的长短变化计算心率,而不是代表此时真实1分钟的心率 。
所以跑者大可不必在意在非剧烈运动情况下的心率波动,这种心率波动通常是没有实际意义。
光电手表的测量方法学名“光电容积脉搏波描记法”PhotoPlethysmoGraphy,简称PPG技术 ,其基本原理是这样的:
当光束照射到皮肤表面时,光束可以穿透皮肤,然后通过透射或反射方式传送到发光源旁边的光接收器,在此过程中由于受到皮肤、肌肉、血液的吸收衰减作用,接收器检测到的光强度将减弱。
像皮肤、肌肉和其他组织对光的吸收是基本不变的,而血管里的血液在心脏节律性的收缩舒张作用之下,呈现周期性搏动血流特征。
心脏每跳动一次,动脉血管就搏动一次并且带来血流脉冲式流动,当心脏收缩时,血流量增加,血液对于光的吸收增强 ,检测到的光强度变小。
而在心脏舒张时,正好相反 ,检测到的光强度增加,这就使得使光接收器接收到的光强度呈现跟动脉搏动同样的节律变化 ,当我们把光转换成电信号时,就能计算出每分钟的心跳次数 ,也就是心率 。
虽然很多手表都声称自己测量准确 ,但不要过于相信厂家的宣传 ,相比心率带直接侦测心电信号。
影响光电手表的因素有很多:
1、干扰信号
事实上,光电式心率测量设备最大的技术障碍是如何将生物特征信号从大量乱七八糟的干扰信号中分离出来?
当光线射入一个人的皮肤时 ,由于光线被人体不同组织所吸收 ,所以只有一小部分光线返回给光接收器,并且这些微弱的被返回的光线中 ,只有一点点是由心脏收缩的血流量调节的,剩下的都分散在非搏动性生理物质上,例如皮肤 、肌肉等等。
因此,人体处于剧烈运动状态时,皮肤、肌肉这些非搏动性生理物质也产生移动,而这种移动就会导致光线吸收产生变化,由此导致很难从光线中发现真实血流量变化所带来的光线变化特征 。
此外 ,周围光线干扰还加剧这个问题的严重性 ,所以光电手表佩戴要适度紧一点 ,如果松松垮垮 ,大量自然光线也会被光接收器所接受 ,甚至创造出近似生理性质的脉动信号。
因此,在腕带式光电手表的使用过程中,通常会要求携带者佩戴严实,以避免漏光而使得环境光线对测量产生干扰 。
2 、皮肤肤色
人们肤色不同 ,颜色深浅不同 ,也会对对光的吸收产生不同影响 ,这就意味着光电式心率测量设备传感器捕获的光的强度和波长是取决于穿戴手表的人的肤色的。
例如 ,深色皮肤吸收绿色光较多 ,如果皮肤颜色较深,那么测量心率的准确性就会下降,这是不是意味着黑人使用光电式心率手表几乎没有可能?
还有些人有纹身 ,这也是苹果被人们诟病的“纹身门” ,手腕有纹身的苹果手表用户发现显示屏上的数据显示非常微弱 ,甚至没有 。
也许你会问 ,肤色浅是不是测量准确性会提高 ?
遗憾的是 ,肤色越浅的人 ,反射光则在明亮的光束下又越容易散掉。
3、信号交叉问题
具有周期性特征的运动比如跑步会产生交叉干扰方面的问题,而光电手表恰恰测量的最主要的运动就是跑步这类运动,这就是矛盾所在。
因为光信号数据通常与摆臂频率或者步频频率(140-190步/分)处于同一个区间里 。
许多光电手表的运算法则很容易将通过光电手表测量的摆臂 、步频等信息错误解读成心率,因为跑步时规律地摆臂本身就会成为一个特定的信号干扰。
当心率和摆臂频率、步幅接近重叠时,许多光电手表倾向于锁定摆臂频率并将其显示为心率 ,夸张一点说 ,光电手表显示的是你的步频,而不是心率 。
4、佩戴部位
事实上,腕部是最不能做到精确测量的部位之一。
因为这个区域(肌肉 、肌腱、骨头等等)会产生更高的光线干扰,并且手腕部位的血管结构有高度的变异性,但是戴手表肯定就是戴在手腕上,矛盾就在这里 !
其实,前臂部位被认为是更好的选择 ,因为在那里的皮肤表面有更高的血管密度 。
更为夸张的是,对于光电手表来说,耳朵是至今为止被认为最佳的部位 。因为那里只有软骨和毛细血管,即使身体在运动耳朵也不会有的太多位移 ,因此大大减少了对于光线的干扰。
混合耳机技术和光电技术的耳挂式心率测量装置会不会成为未来一种的新的技术选择呢?
尽管目前市面上,光电式心率手表似乎有取代胸带式心率手表的趋势,因为基于PPG技术的心率测量穿戴设备无论是从测量还是使用上来看都比较方便 。
但唯独在测量精度、稳定性方面却时常表现得不尽如人意,误差较大,特别是心率比较高的时候 。
光电心率表在高心率区间测量不准 ,有两种情况:
一种是低估了心率;一种是高估了心率。
前者是原本心率较高,但显示心率却比较低,后者则是原本心率不高,但显示心率却很高,你遇到过这两种情况吗?
其实,对于比较有经验的跑者,能大体根据自己的主观感觉估算出自己的心率,一看手表上心率显示明显过高或者过低,也能意识到可能是心率表又犯毛病了 。
但有些时候 ,心率测量不准确有可能对你的训练和比赛,特别是马拉松比赛造成不大不小的误导。
举例来说:
马拉松比赛时间超长,由于疲劳、大量出汗导致身体脱水 、体温升高等因素,基本不太可能全程保持心率平稳 ,而是呈现越到比赛后程,心率越高的现象,这种现象又被称为“心率漂移” 。
也就是说在马拉松比赛后半程 ,即使配速不变 ,心率也会随着时间推移而缓慢上升 。
后程心率过高是跑者疲劳 、脱水、电解质紊乱 、糖原耗竭等的集中表现,因此,跑马后半程心率过高就成为跑友跑崩掉的重要原因 。
一位跑者参加半马的心率显示越到比赛后半程心率越高
如果这个时候,心率表无法忠实记录你的心率,就可能误导你 ,比如跑马后半程,你的实际心率其实已经飘上去了,这时需要你适当降低配速来压一压心率 。
这样也许你无法实现既定跑马目标 ,但至少可以预防你跑崩掉,但如果此时心率表低估了你的心率 ,你还认为你的心率保持得不错 ,继续维持原有配速 ,接下来就有可能使得心率进一步上升而导致你后程发生撞墙。
反过来,如果你在跑马时心率原本保持得不错 ,但心率表却高估了你的心率 ,你一看心率怎么这么老高,为了避免后程崩掉 ,也许这时你就会主动降低配速 ,这可能会造成你跑得过于保守而错失PB的机会。
所以准确测量心率是心率表最基本功能,如果这个功能时好时坏,不稳定 ,时常翻车,往往也把你搞得哭笑不得。
心率带测量准确这是公认的,佩戴舒适性则是仁者见仁智者见智 ,一些习惯于使用心率带的跑者并不觉得佩戴心率带会造成束缚感。
但对于多数人而言还是不太接受胸前绑根带子 ,而光电手表就没这个问题 ,但准确性不高的问题也一直被跑者诟病。
当然 ,除了这两点之外,选择心率带和光电手表还有其他方面的诸多考量 。
比如包括佳明在内的心率带内置了运动传感器,除了测量心率 ,也能够测量触地时间 、左右平衡、垂直振幅、垂直步幅比等跑姿参数 ,这样跑者除了了解自己的心率等生理学参数,也能够了解自己的运动学参数 。
而光电心率手表显然无法提供更多跑姿测量,这也是一些跑者虽然购买了佳明光电心率表 ,但结果还是需要再购买一个价格不菲的“绿豆芽”用于测量跑姿的原因 。
光电手表在长时间心率测量方面比心率带优势明显
虽然心率带测量心率准确 ,有些还能测量跑姿,但心率带显然不适合长时间佩戴 。
即便一些跑者觉得跑步时佩戴心率带没有任何不适感,但如果让你24小时佩戴恐怕就没那么舒服了,而光电心率表在平时也能不间断的测量心率,从而评估疲劳 、紧张、睡眠等情况 。
华为WATCH GT2更可根据日常心率提供房颤和早搏筛查,这些功能都需要长期佩戴手表,显然这种情况下 ,光电手表就比心率带方便许多 。
也就是说,如果你有长期监测心率的需求 ,心率表更加合适 ,而如果你只有运动时测量心率的需求且对于精度要求较高,那么心率带是你的首选。
心率带测量心率准确,更加适合深度运动爱好者 ,光电手表方便且可用于日常心率监测,适用面更广 。
当然如果条件允许,从最佳使用体验来说,心率带配合光电手表也许对于跑者来说是王牌组合 ,也即你有一个光电心率表,同时也拥有这个心率表配套的心率带 。
运动时用心率带(光电手表配合心率带使用时,心率采集时心率带优先),平时用手表,当然这也要花不少银子 ,一根佳明心率带也要七百多一根。
而如果不介意光电手表测量精度,又希望了解自己跑姿,那么你还是得花几百元买佳明绿豆芽,总之都是要花钱才能享受更好地服务,体验更科学的运动。
已经有人回答正确答案 ,度娘一下也可以找到 ,60—100,不过这个答案确实比较模糊,你坐着90的话肯定不健康了 ,但是医生会说是正常范围,不需要处理,所以补充一些。
一般人静息心率都在70到80左右 ,超过80一般就说明心功能差了,每搏输出量不够,需要用增加搏动次数的方式弥补供血量的不足,一般就是缺乏锻炼造成的,当然,长期失眠、睡眠不足 、慢性疲劳等等都会增加心率,这样的人稍微剧烈运动心率马上达到170以上了,比如跑步,很快就喘不上气 ,喘气的原因是缺氧 ,缺氧的原因的心脏输出的血液量不够,一动就气喘最大原因不是肺,而是心功能(肺部纤维化疾病的不算),所以假如你学生时期心跳60多 ,现在80了 ,可以把锻炼提上日程了,心脏也会累的,运动时心率超过一定程度会损失,跳的快意味着休息时间短。
什么是快的问题,再一个是慢的问题,只要没有器质性心脏病 ,慢是好事 ,说明心脏强大 ,顶级长跑运动员心率可以慢到40左右,心脏跳一次比正常人多输出一半的血液,跑步时心跳也就140—150左右,属于有氧区间 ,不需要张嘴呼吸 ,可以跑很久不累。所以经常锻炼的人心跳在60以下是正常的,50以下就需要排查了 ,不是专业运动员很少有的 ,40左右正常人需要抢救了,一般都是起搏或者传导出问题了。
因为有些手环也就测个静止状态下的心率。既测不准运动 ,又算不出静息 。
心率是否精准,采集数据的硬件品质和算法 ,缺一不可 。
现在手环手表用的光学心率都是PPG技术,光体积描记(photoplethysmography)。苹果 、小米、佳明……基本都用的这个技术 。绿色LED灯每秒钟闪个数百次,配合光电二极管,检测出一个时间点佩戴的表皮肤下流经的血液量。
一般光电心率数据采样范围在30-210之间。
——但不是每个人都能一直戴着设备 ,很多人睡觉就会拿掉,那么静息心率最可靠的早上醒来后那段时间是测不到的 ,加上误差本身也存在 ,得到的静息心率数据就很不准 。
另外一点 ,静息心率绝大多数时候都是通过算法计算出来的。
苹果和佳明就是。
加上它们本身硬件上比较强 ,各种采集器也多,比如加速度感应器、比如手表(心率带)上的电极等 ,采集的数据不光精准,也更智能,直接筛选排除掉一些错误数据,还能把不同心率定位到具体的行为当中,比如步行时的心率,休息时的心率,跑步时的心率 ,再配合各自的/第三方的一套算法 ,最终得到静息心率数据,就比较准确了。
——所以硬件测(测的频度和精准度) 、算法计算 ,两个都得合格才行。
很多手环就了,只是表面实现了光电测试心率的功能,硬件压根没到那个级别,设计存在各种问题,采集的数据也杂乱 。
加上佩戴者可能没有长期佩戴习惯(或者一堆误差数据也没有被筛选排除,被计算进去了) ,监测的数据一个不准 ,另一个自身算法也有问题,得到的数据就偏差很大了 。
比如生理数据这块,很多公司 ,华为、华米 、佳明 、松拓、索尼……等等都用的firstbeat的算法 ,但毕竟各家硬件配置都不一样 ,同样一套算法下面 ,同一个测试者测出来的数据可能都偏差不小 。
落实到现实应用里 ,多数手环测的心率真的只能仅供参考。用到运动中也只适合低强度的,比如爸妈们早晚散散步测一下,到慢跑这个强度偏差就很大了。
更别说更多时候完全靠算法估算出的静息心率。
静息心率最好的办法还是自己每天醒来后手动测,这玩意操作难度又不高。每天起来床边靠着坐一会 ,盯着时钟自己把脉数就行了,多测个几天静息心率多少心里就有个数了。
没长期稳定运动习惯的 ,静息心率不会变的太明显的 。
如果有段时间静息心率忽然变动(比如比前阵子高了10%) ,要么说明近期累着了/运动量过度/休息不足,要么说明身体发出信号可能有些状况。
手表相比手环更大的体积,除了更大电池外,塞的其它传感器都不止单独发挥一个作用,它们合在一起,各种算法估算出来的生理数据才会越精准也越有参考性。
实在没其它设备又不想额外花钱的话,要么就用同一套设备 ,别在意精准性 ,只关注数据的变化,也勉强能有点用……
已经几个全马 ,需要进一步提升配速的情况下 ,应该考虑的是制订更加精进的训练计划。这涉及提升乳酸阈值、乳酸耐受与乳酸分解能力、核心肌肉能力 、以及改善跑姿提升效率。
跑姿改善主要观摩世界顶级选手跑姿视频 ,同时多向圈子里大佬请教 ,有条件的可以加入一些口碑不错的精英跑团进行训练。核心肌群的提升可以考虑通过 Nike 的 NTC 进行相应的学习。乳酸类的提升则主要通过大量的 LSD 跑和适量的间歇跑结合来提高整体的有氧效率 。这其中关乎心率表精度的主要就是这些个乳酸训练,尤其是间歇跑。而论心率精度,这里只推荐 Polar 。
Polar 主要提供两种心率采集方案,一种传统ECG,一种光学心率。前者为传统心率带 ,后者为光学心率单元,可能嵌入手表也可能是独立模块 。
ECG在绝大多数情况下精度和响应速度优于光学方案 ,但在高氯环境下可能出现偏差 。如果汗液盐度非常高,或者心率带长期不漂洗 ,可能导致心率数据异常 。有些长时训练中因为心率感应器周边汗液积聚导致心率数据异常时应及时揩干汗液以避免误差。
Polar 的ECG产品只有两个推荐,一个H10 ,一个H9 ,后者是前者的功能简化版,但精度不存在差异。两者的胸带有些差异,H10上有很多小的胶质凸点用于增强摩擦力 ,减轻胸带滑动的趋势。导电橡胶外侧还有额外的两片导电橡胶 ,推测用于心率信号降噪 。H9则是普通编织软带,没有这么多小设计。不差钱的情况下建议买H10,一步到位 。H10尽量买水货,一则国行价格石乐志 ,二则这玩意除了胸带可能弹性衰减之外 ,电子部分较难出故障。合理入手价位550左右,但因疫情今年涨了一点,港行600左右了 。另有一种团体版,可跟随跑团或者健身机构搭车购买,价格更低一点。如果你现在已经有了一块 Polar/Suunto/Garmin 的表,那么单买H10已经可以满足精度需求,不必连同表一起换掉 。
Polar 的光学心率产品分跑表和心率模块 ,前者有 Vantage 系列、Grit-X、以及上代次旗舰M430;后者为单独的OH1光学心率臂带。光学心率的精度还行,但其采集原理是皮下血管在脉搏影响下的透光率变化 ,因此在低温环境下皮肤血管收缩会导致其侦测灵敏度下降进而降低数据精度。此外光学心率传统上数据时效性比ECG要慢3~5秒,目前无解。
Vantage 系列分 V 和 M 两款 ,后者配置略低但带来了更轻的重量和更薄的表身,而且海淘的话价格非常划算(1400左右)。Grit-X 是今年推出的越野表 ,但是光学心率更换LED颜色 ,就目前的评测反馈而言精度有些时候会抽风,暂不及 Vantage 系列 ,希望后续固件能改善这个问题 。M430 是上一代的六灯绿光方案,跟OH1的方案一样,精度还可以 。但M430用的是 SIRF Star 的 GPS 方案 ,轨迹精度可以把 Vantage 按在地上摩擦,更不提轨迹辣鸡的佳明全家(目前945有所改善) 。且目前海淘价格仅1200,真心推荐。OH1相当于剥离出来的M430的光学模块。虽然叫臂带,但模块可以去掉带子部分塞到泳帽里,通过额部或者太阳穴采集心率数据。如果非常反感ECG的胸带束缚 ,OH1算是最佳解决方案 。OH1价格与H10一样 ,仅建议购买港行或者海淘 ,价格也差不多 ,不过如果你没有富强工具的话可能需要卖家代为激活。
综上所述,如果你已经有了GPS跑表,想要提升心率精度以应对间歇跑,那么购买 H10/OH1 是最为经济稳妥的方案 。如果你打算更换目前的跑表,那么我推荐 M430+H10/ Vantage M+H10 这两种方案 ,还有一种可能性是 Suunto Spartan Trainer + H10 。如果你打算涉足铁三,我可能答不上来 。主要是游泳这一项要解决水下心率和划水统计这两项的精度目前还没有看到特别理想的产品。
撇开心率训练法不提,如果你有兴趣了解功率训练法的话 ,有一个很小众的产品值得推荐 ,那就是 Stryd。这个产品的强大需要一定时间的训练数据采集才能体现出来。由于题干是心率表 ,那么就先不展开,有兴趣了解的话我再补充 。
有关 Polar 相关产品的选择可以参考拙作 :
miCoachFans:Polar GPS跑表及心率设备选购指南(2021/05)
光电PPG心率手表最准的目前看是apple watch series6 ,从接近来说没有之一。
力量剧烈运动的心率各手表截止2021年现在都是基本全部趴窝看不成,难得是这方面applewatch表现突出是唯一能看的 , 当然延迟导致的最高和最低还是无解的 。
别被Garmin和Polar所谓的专业性给唬住 ,尤其是polar那个夸张的9个led灯矩阵,只能说实际效果并没有数量上看上去效果那么好 ,并没有和佳明这些本来就表现一般的拉开什么差距 。(其实apple watch暗藏着更夸张的12个灯组(但用于测心率的是8*led,另外4颗是if血氧红外灯组) ,只能说硬件合理不是短板后算法更重要 ,没有聚焦的多灯组、芯片设计能力 ,算法研发不给力 ,还不如原始2灯组表壳轻的话表现会很不错)
千万别以为运动员硬核表那它们一定是最准的 ,一个基础功能的准不准、完善不完善和定位的群体没有绝对关系 。这些专业表是指适应的人群是专业从事某一运动的爱好者、运动员,有这些群体需要的运动高阶数据分析改进训练成效,如跑步左右脚触地平衡、触地时间 、体能储备 、铁三自行车配件 ...
上数据~,所有测试都是基于Polar家ECG心率带为基准 。(引用在图片结尾)
Polar的心率产品通常来说比较准,但是也有拉胯的时候,所以不要简单粗暴地认为只要贴着Polar标就一定是最准确最专业的产品 。
Polar的心率产品分为ECG(传统胸带式心率带)和PPG(光学心率)两大块 ,其中ECG部分为业内翘楚,PPG部分总体精度略低于ECG,但在业内靠前 。
ECG部分的典型代表为 Polar H10 心率带与 H9 心率带。H10定位高于H9,配套的胸带抗滑性能以及消噪能力强于H9。基本上 Polar H10 可以视为当前市售消费级心率带中最精确的产品。
PPG部分分为三块 :
上述三种方案里,6-LED方案最为稳定精确,红绿光方案略胜于橙红绿光方案。其中部分橙红绿光方案的手表在今年的固件更新之后 ,精度得到提升,已经达到红绿光水平。
所以论数据精度,Polar的产品大致可以理解为 H10>H9>OH1=Verity>红绿光=橙红绿光。其中M430因为腕部采集,通常来说不如臂带式配对稳定,所以没有纳入比较 ,但理论上约等于OH1的表现 。
回到你的问题。目前H10可以认为是市面上最专业的心率带 ,相比佳明的 HRM-PRO 心率带,其实精度优势不算大 。只是 Polar 深耕心率带领域多年,有很多有益于心率采集的产品细节。
最近我和国内一家心率带企业的朋友交流,他们公司的实验室对 H10 心率带做了拆解研究 。Polar H10 的胸带上一共有四片导电橡胶 ,两大两小。而这两组导电橡胶,柔软性存在差异,阻抗也存在差异。我们讨论的结果认为 ,大的导电橡胶属于主要的心率信号采集区域,而小的导电橡胶分布于两肋,应为参考信号采集以及消噪之用(比如胸带滑动导致主采集区信号偏移或者汗液过多导致主采集区短路)。同时实验室的测试表明,H10对于心率信号有精致的平滑算法,输出的心率数据图标毛刺较少;佳明也有自己的消噪算法,但表现上要略逊于 Polar 。所以这些你在参数表上看不到的地方 ,Polar 下了很多功夫 。而这些做法,背后就是老牌心率厂的经验积累与技术沉淀 。
当然佳明的心率带也非常不错 ,不过佳明对于ANT+的支持要好于BTLE。部分佳明表款(245、745)出现过BTLE连接环境下信号丢失的问题(245已经通过固件修正) 。
上面聊的是心率带,Polar的表现非常优秀 ,不过落实到集成PPG的手表来说,我个人认为 Polar 产品线上M430应该是最为成熟稳定,可以视为非常专业。红绿灯方案紧随其后,橙红绿光方案受固件影响目前还有一些精度波动。而且10-LED方案从目前来看发射功率比较小,遇到低温环境其表现相比大力粗暴的6-LED方案存在一些差距。所以我认为 Polar 的部分PPG手表表现足够专业,部分表款还有提升空间 。由于影响腕部PPG精度的因素较多(佩戴方式、温度 、肤色等) ,原则上我不认为PPG方案能超越ECG方案,同时其专业水平自然要差一个台阶 。不过从目前的测试资料来看,Polar 的PPG精度总体上强于佳明方案 。
在消费市场以外的地方,许多职业体育机构都采用 Polar 的心率带产品作为心率监测方案,这也为 Polar 增加了更多的专业色彩 。
现在智能穿戴设备心率监测算法技术已经很成熟,非剧烈运动时误差相差都不大,主要区别在于运动过程中心率哪种更加精确 。
总的来说,心率监测精确度手环不如手表 ,手表不如心率带。如果题主只是需要心率监测功能,对其他总能没有要求的话,那购买一款心率带是最划算的,价格也更加实惠。
如果题主还需要兼有运动健康监测和日常生活功能,可以考虑手环或者手表。如果需要独立GPS功能,选择手表更合适;运动时手机不离身,那手环就可以,GPS定位可以由手机来提供 。
荣耀手环6
手环在心率监测上,基本差别不大,性价比较高的荣耀手环6就可以满足日常运动监测的要求 ,支持10种专业运动模式 ,可以查看各种详细的运动数据(距离 、热量 、平均速度/步频/步幅 、心率曲线 、配速曲线等),自动识别运动模式 ,运动监测反映灵敏;
健康上有血氧、压力和睡眠监测,全新女性健康管理等 ,日常生活也有多功能NFC版本,离线支付、智能语音和家居控制等功能,性价比最高的一款运动手环。
华为手表GT2
手表方面华为GT2是千元左右价位性价比最高的综合型智能运动手表 。运动上支持15种专业模式+85种自由模式 ,内置10余门专业语音指导跑步课程,GPS双星定位,心率监测和轨迹记录精确度都媲美专业运动手表,通过运动数据制定专属训练计划 ,科学指导训练;
健康上同样有专业的睡眠、血氧和压力监测等,华为手机用户还支持自主心脏健康管理和睡眠呼吸暂停风险筛查等,多角度看护用户身心健康;
生活方面除了来电 、短信提醒、多功能NFC外,而且还可存储200+首歌曲 ,让你在运动过程中同样享受音乐带来的轻松快乐,适合有独立GPS需求,多种运动模式的用户。
其他类型手环、手表欢迎参考下面的链接
华为手环6 、小米手环6和荣耀手环6如何选择
2022年智能手表分类和选购指南
我来给大家科普两个误区
1.静息心率越低代表心脏越强壮 ,静息心率越低越有好处 错
静息心率低不代表心脏更好,更多只是一种适应表现 ,心率低的情况下 ,每一次收缩实际上会更费力,心脏的最佳收缩次数在60到75之间。
2.跑步造成的心率过缓有好处 错
不经常运动的人,如果心率过低 ,有可能是有相关方面疾病,而跑步的人心率过低并不是有好处,只是“找到了心率低的原因”可以不用过度担心了而已,实际上跑步造成的心率过低依然是有一定坏处的
了解心率区间和它们的计算由来,才能最好的利用好心率 。
很多人都知道心率数据对于运动的重要性 。心率区间往往被分成几个区间 ,不同区间代表了不同的运动强度/效果。
但在看心率区间的数据时却往往一头雾水 ,不知道这些心率区间代表什么意义 ,或者同样是5个心率区间(比如z1/z2/z3……z5和E/M/T/A/I ),是否一一对应,它们又分别代表什么含义呢?心率手表的Z1/Z2/Z3/Z4/Z5心率区间 ,与E/M/T/A/I区间如何对应 ,是否代表相同意思?
详细解读一下——
首先 ,基于心率的训练,心率区间一般被分为五个区间 。知道自己在什么心率区间运动,也就能得到对应的运动效果。常见的心率区间有三种计算方法:
简单说下这三种的区别——
其中,最大心率百分比是三种里最为常见的——
最大心率百分比对应Z1、Z2…Z5这五个心率区间,分别代表了5种不同的运动强度 :暖身区(Z1)、燃脂区(Z2) 、有氧耐力区(Z3)、马拉松配速区(Z4) 、无氧耐力区(Z5)。
从名字就能看出这些区间所对应的运动状态。如开始正式运动前的热身,心率一般位于暖身区(Z1);通常我们所说的慢跑 ,心率区间就在有氧耐力区(Z3)里。
前面说了,最大心率百分比的心率区间是按照人的最大心率计算的。
最大心率有多种计算方法 ,比较简单是「220-年龄」,也有更为复杂的公式 ,包括之前介绍过亲身去跑来实际测量的方法:Garmin佳明:把计算公式放一边 ,跑步爱好者应该如何测量自己的实际最大心率?,将得到/计算出的最大心率输入佳明设备 ,就得到了这五个区间范围 。
再说下储备心率百分比——
储备心率百分比对应的区间,有时会以E/M/T/A/I 这些字母来表示/命名 。储备心率百分比的心率区间计算按照储备心率数据 ,基于最大摄氧量(VO2max)的概念得出的。相比上面的最大心率百分比,储备心率百分比更针对跑步等耐力运动的训练。
E/M/T/A/I 几个字母分别代表了 :
除了E/M/T/A/I外,有些心率训练指导里还会有个D和R :D代表运动前的热身,D区间的心率也会比E要低很多;而R通俗来说 ,就是心脏处于“爆发小宇宙”的爆缸状态^^
当得知自己的最大心率和静息心率 ,也就能得到E/M/T/A/I心率区间的范围了。使用佳明产品时,你可以在 Garmin Connect 中找到「设置心率区间」,选择基于储备心率百分比,输入相应数据以及百分比 ,即可得到 E/M/T/A/I 区间的心率范围。
还有一个乳酸阈值百分比——
对专业的跑者来说,乳酸阈值大约在他们最大心率 90%的时候达到 。对一般人来说,乳酸阈值则出现的更早些 ,往往最大心率还没到 90%,这个阈值就出现了。
知道自己的乳酸阈值能帮助你了解自身所能承受的训练强度 ,或者是否还具备实力可以再冲刺一下 ^^
计算乳酸阈值百分比的心率区间,需要知道两个数据:乳酸阈值 和 最大心率(目前佳明的跑步手表是可以计算出这两个数据的) 。这里就不展开了,以后撰文细细解说 。
最后送上一个小贴士——使用心率监测器(如心率带、光电监测心率的手表)跑步次数/时间越多,关于心率的计算结果也会越精准(更符合你实际的数据),从而也就获得了更为准确的心率区间。
知乎专栏 :Garmin佳明独家
知乎机构号:Garmin佳明
想要实时性更强,心率带无疑
但是觉得心率带麻烦 ,也不在乎延迟 ,可以光学心率表
光学心率表(也就是无胸带形式的) ,普遍不准,光学心率表最准确的是POLAR ,即使是POLAR,也比自家的心率带式心率表实时数据慢了2-3秒
我为什么这么说?
因为我恰好有两块POLAR心率表,一块是FT60 ,一块是M430 。我自己做了实验
另外,国外有人做了实验,得出相同结果
优酷视频我直接截图
附上几个选购链接
求推荐专业的最准最可靠的心率带 ?寻找地球上最准确的跑步手表的相关微信公众号文章 - 搜狗微信搜索之污乎:Polar OH1 、H7 、Rhythm+对比评测评测 | Suunto vs Garmin 定位&心率准确性测试__什么值得买Sina Visitor System综上 :一款心率表的好坏 ,在静息状态下 ,50元的和5000元的差不多,但关键就是运动时候有差异,在高强度运动中的差异尤其明显 ,这里 ,最准确的是POLAR ,没有之一。
如果说POALR有什么缺点 ,那就是颜值低,也仅有这个缺点了。
(个人认为身体健康才是首位。现在 ,关于个人提升的各种方法如汗牛充栋,比如什么认知升级 、学习方法、社交技巧等等等等......不过效果都是然并卵 。但是 ,提升了身体健康水平,你的脑力 、能力、情绪 、体力、意志力自然就提升了 。这是硬件的提升 !本公众号不仅仅在西医范围内探讨 ,进化论、化学、物理学 、前沿科学......本人认为万事万物都是具有潜在联系的,钱龙爱健康这个公众号也力图通过多角度 、多学科来促进个人健康水平)
运动消耗真的是由心率决定吗?运动消耗可以准确算出来吗 ?
我们戴的手表 ,显示的热量卡路里 ,真的准确吗?
今天一起来扒一扒 !
大家现在都知道 ,想要达到一定的训练目标,
就要达到一定的心率区间 。
比如,当达到最大心率的50%-60%,是属于轻度运动的强度,适合热身,
而在60%-70%时 ,属于低强度有氧区间,可以增加脂肪消耗和耐力等,
具体的可以戳图和这里回顾~
在这里我们需要再强调下面概念 :
嘻嘻复习完后,问题终于来了 !
不 !
并不是说,当我的心率在59%时就不是燃脂区间 ,
然后下一秒我跨入60% ,就可以立刻切换到燃脂模式 。
首先,我们所有运动都是混合供能,之前大家了解到的有氧无氧 ,
都是以主要供能系统所占的比例来划分,一句话,谁用得多就听谁。
其次,燃脂区间只是表明 ,当我的心率在该范围下,
当下消耗的主要是脂肪 ,注意哦是"主要" ,
而不是说100%就是它。
当心率蹭蹭继续上涨 ,超过这个范围了 ,
虽然能量还在增加 ,但脂肪消耗的比例慢慢降低。
错!
心率越高 ,不一定就消耗多,比如当你紧张 、压力大 、看可怕的恐怖片,
其实心率也是比平常快的 。
这是因为它们刺激了我们的交感神经 。
我们有让你紧张的交感神经 ,和放松的副交感神经 ,
一般情况下它们两者是和平共处 ,平衡状态 。
一旦你紧张有压力,交感神经就被刺激 ,
于是将血液分布到手脚 、大脑 ,内脏的血管处于收缩状态 ,
所以心率会加快、血压上升、肌肉紧张 。
但是!即便你心率提高了,但你肌肉有运动有做功吗?
一点也没有!
来源 :http://havemary.com
既然心率不能完全决定消耗 ,那么就经由谁决定?
噔噔噔,有请大boss——摄氧量 ,它是指每公斤体重在每分钟的耗氧量 。
我们吸入的氧气要为肌肉、细胞干活 。
一般情况下 ,每吸一口空气 ,氧气占空气体积的20.95%,
呼出的大概占15%-18%,如果你运动的强度越来越大 ,
肌肉、心血管 、心脏需要的氧气越来越多 ,
那么吸入、利用的氧气使用效率会更高 ,完全利用后呼出的氧气含量就是0%。
每消耗一公升的氧气大概需要5大卡 ,
当你的运动越激烈,你的耗氧量越大,那么消耗也是越多。
在一些比如马拉松等耐力运动里 ,还会用最大摄氧量来恒定运动水平。
最大摄氧量越高 ,那么他的心肺也是相当不错 。
好啦,这个摄氧量可以怎么测量?
方法是有滴 ,不过对普通老百姓来讲有点难度 。
最准确的测量方法,需要到实验室戴上专业的设备,
计算跑步时,吸入和呼出的氧气量。
另外也有Bruce方法 、库柏12分钟速度跑方法测量,
通过在规定时间内跑步的距离 ,用公式计算出来。
那么普通人怎么知道自己摄氧量高不高 ?
有一个很诡异的东西帮到你,那就是心率。
当摄氧量提高时,心率是会随之增加,所以你发现运动强度增加时,
自己会大口大口呼吸 ,心跳蹦蹦地加快 ,消耗的卡路里也是蹭蹭涨 。
但反过来,心率增加,摄氧量不一定大,比如上面说过的看恐怖片 ,
去看医生,有压力精神紧张等。
另外有小伙伴猜到,摄氧量,也就是需要用到氧气,
那么也就是这个方法对有氧运动比较有用?
bingo!
无氧运动是很难测出具体的运动消耗,目前也没有任何方法可以准确测出 ,
但可以肯定的是,大肌群 、大重量 、复合动作的训练会让消耗更多。
而且无氧抗阻,可以塑造肌肉线条 ,这不香吗 ?
既然心率不能决定消耗,那么运动手表上的消耗究竟准不准?
肯定告诉大家 ,手表计算的热量都是不准确的。
目前大部分手表都是通过技术检测心率 ,比如某watch是用到,
光电容积脉搏波描记法技术法,我们的血液是红色 ,所以反射红光 ,吸收绿光 ,
它可结合绿色led光跟感光光电二极管 ,检测特定时间手腕处流通的血液量,
算出心率后再通过算法得出大致的消耗 。
算出来的结果有多准 ?
2017年斯坦福大学做过实验,评测市面上7款运动手表的功能 ,
包括苹果手表 、Fitbit公司的Surge等。
60个志愿者做多种运动 ,通过手表上的数据和实验室数据的对比 ,
在心率功能上 ,六种产品基本合格,误差率小于5% ,
但是热量计算上 ,数据误差太大,没有一个设备的误差率低于20%,最好的手表误差率也达到了27%。
它们全都高估了热量消耗。
所以手表上的数字,看看就好,自己开心就好~
其次你记不记得,在使用设备前 ,都需要输入你的身高体重等档案,
而且还需要根据你的运动种类,选择不同的运动模式 ,
这是因为真正的运动消耗,都与个体的身高体重活动量运动类型,
甚至是情绪睡眠激素状态等密切相关,这些因素是设备这些工具不能自动测出 ,
所以你的每次运动消耗 ,即使是玩同一种运动,也会略有不同。
最后私认为 ,对于运动消耗 ,大可不必较真 ,
因为没人能说清你真正的运动消耗 ,而且与其关心消耗 ,
不如找一个自己喜欢的并能坚持的运动 ,能一直做下去的 ,
总的消耗肯定也比你死抠手表 ,但间歇性放弃的要多 。
而且运动使人快乐~~难道不是么 ?
关于可穿戴设备,计算出来的数字看看就好~
也许它是不准确,但如果这些数字能够鼓励你继续运动,
养成爱动的习惯 ,这也不妨是这些设备的好处~
部分图片来源网络,如有侵权行为请联系删除。
本文版权属于即刻运动,转载请先联系后台。
最近看《自控力》 ,”心率变异性“这个概念引起了我的兴趣 ,花了几天的时间,研究了一下这个概念 ,写下了本文 。
人的心率不是稳定不变的 ,同一时段内,每次心跳间的间隔也是不一样的,而这种心率的差异就叫做心率变异性(Heart Rate Variability,缩写HRV)。也叫cycle length variability和RR variability 。其中R指的是心电图中的峰值,所以心率变异度就是心电图中R峰值间的距离变化情况 。
心率变异性反应了自主神经系统工作的情况 ,在医学上可以作为某些疾病的参考指标,在生活中可以反应心理压力水平,在运动健身领域也有用作判断当前身体状态是否适合锻炼。
令人意想不到的是,HRV对于情绪管理能力也有预测作用(Appelhans & Luecken, 2006; Williams et al., 2015)。HRV高的人,更能控制情绪 ,对情绪的感知力也高一些。
影响HRV的因素非常多 ,有性别 、年龄 、姿势,呼吸频率,BMI ,血压 ,吸烟 、喝酒 、咖啡、运动等等,其中最显著的影响因素是性别和年龄(Parati & Di Rienzo, 2003; Tegegne, 2018; Tsuji Hisako et al., 1996) 。
性别和年龄是我们影响不了的因素 ,剩下的因素里有几个是比较容易影响的,其中姿势有一篇论文做了研究 ,结论是坐着和躺着相对于站着来说对于HRV有提高作用(Nepal & Paudel, 2012) 。
有一个叫Alan Watkins的一个关于HRV的TED演讲 ,在演讲中叫了一个小哥上台,演示了人的心率和大脑是多么容易被操控,然后又演示了固定频率的呼吸对HRV的影响 ,几分钟的呼吸练习就可以降低并稳定HRV。
在论文(Song & Lehrer, 2003)中对呼吸的频率进行了研究,发现一般情况下低呼吸频率会提高HRV的振幅 ,每分钟4呼吸时振幅达到最大 ,每分钟3呼吸时振幅开始下降 。不过这篇论文研究样本小的令人发指 ,不是很可信 。
HRV是可以反应身体健康的指标,想提高并稳定住HRV ,还是要从健康入手,睡眠 、饮食、锻炼和压力管理,这些都是切入点。
心跳受自主神经系统影响 ,通常认为心率变异性是自主神经系统活动引起的 。
查了一圈资料,并没有找到HRV产生的原因 ,很多文章都是说HRV与自主神经系统以及心率的关系,但是没有直接解释HRV的产生原因的 。
心率高低与HRV高低有4种情况:
一些文章说交感神经提升心率,从而导致心率变异度下降,副交感神经降低心率,导致心率变异度上升。这样解释不了1和4,如果1和4不存在的话 ,那心率变异度不就是概率问题?
我想既然科学家提出了这么个概念,一定是检查了心率变异度与心率之间的关系,心率应该是不能完全预测心率变异度的。以下是我的猜测
我认为交感神经对心脏的作用是提高心脏的紧张程度 ,紧张不一定就是快节奏的跳动 ,而是对于“心跳信号”更加灵敏。比如玩一些音乐节奏游戏,根据你动作的准确度 ,会评Miss、Good 、Perfect之类的等级 。像4号情况 ,就是对于每个心跳信号都追求准确反馈,争取把整个身体维持在一个能快速做出反应的状态。相反,副交感神经负责的事务都是像消化之类的慢节奏 ,身体并不需要维持在快速反应的状态 ,所以不需要心脏对心跳信号做出灵敏的反应,每次拿个Good就行 。
Alan Watkins的演讲给了我极大的启示 ,生理的变化一定程度上反应了心理变化 ,不仅灵敏还能实现数据的自动记录。如果我能知道自己的实时和历史的HRV的话,我能想到几个应用。
我为了学习冥想 ,看了几本书,还买了一门线上课程,还一度纠结要不要买个线下课。关键的一点 ,就是我不知道自己做的对不对 ,没有反馈 。而能得到HRV数据的话 ,就可以解决我这块的困扰,因为如果做的对的话,HRV会上升(Peressutti et al., 2010; Tang et al., 2009),这样我就能知道刚才那次冥想练习到底是对还是错了 。
我时常会在工作、学习了一段时间后 ,发现自己在分心做其它的事情 。事实上也是专心了一段时间 ,只是分心了 。据我观察 ,大部分情况下都是一些诱惑因素 ,比如手机推送甚至是脑海里闪过的一个念头-比如“现在的热门新闻是啥?” 。事实上并不是诱惑每次出现 ,我都会中招 ,我也是可以抵御几次的,但是也就是几次。
《自控力》中介绍了一个自我损耗理论,即意志力是会被一点点消耗完的,这个模型可以很好的解释我上面描述的情况 。意志力决定了我是否会屈服于诱惑,而HRV却可以作为意志力的指数,观察HRV就能知道你当前的意志力水平。如果能基于实时的HRV实现一个报警机制 ,当HRV降低到某个水平时 ,就可以提醒自己休息一段时间 ,避免在没有防备的情况下被诱惑打败 。
iWatch已经可以测量HRV数据了 ,在健康应用中就有HRV数据。但是iWatch并没有实时的HRV数据 ,你甚至不知道它什么时候测量HRV 。
在(Peressutti et al., 2010; Tang et al., 2009)中,实验者提供了他们使用的工具以及型号:Polar s810i。这个国内好像没有卖 ,不过京东上有Polar的其它产品,价格感人,心率带要几百块,手表更是比iWatch还贵 ,对比一下:
不过心率带会更加准确 、灵敏 ,不过这个价格就很劝退 ,我的HRV下降有点厉害 。所以我暂时只能是先用iWatch凑合一下,收集几个月的长期数据看看情况。之后再看看要不要买心率带 。
Wikipedia
HRV的生理基础
Appelhans, B. M., & Luecken, L. J. (2006). Heart Rate Variability as an Index of Regulated Emotional Responding. Review of General Psychology, 10(3), 229–240. https://doi.org/10.1037/1089-2680.10.3.229
Aubert, A. E., Seps, B., & Beckers, F. (2003). Heart Rate Variability in Athletes. Sports Medicine, 33(12), 889–919. https://doi.org/10.2165/00007256-200333120-00003
Geisler, F. C. M., & Kubiak, T. (2009). Heart rate variability predicts self-control in goal pursuit: Heart rate variability and self-control. European Journal of Personality, 23(8), 623–633. https://doi.org/10.1002/per.727
Gold Diane R., Litonjua Augusto, Schwartz Joel, Lovett Eric, Larson Andrew, Nearing Bruce, Allen George, Verrier Monique, Cherry Rebecca, & Verrier Richard. (2000). Ambient Pollution and Heart Rate Variability. Circulation, 101(11), 1267–1273. https://doi.org/10.1161/01.CIR.101.11.1267
Gorman, J. M., & Sloan, R. P. (2000). Heart rate variability in depressive and anxiety disorders. American Heart Journal, 140(4, Supplement), S77–S83. https://doi.org/10.1067/mhj.2000.109981
Hansen, A. L., Johnsen, B. H., Sollers, J. J., Stenvik, K., & Thayer, J. F. (2004). Heart rate variability and its relation to prefrontal cognitive function: The effects of training and detraining. European Journal of Applied Physiology, 93(3), 263–272. https://doi.org/10.1007/s00421-004-1208-0
Heart Rate Variability Reflects Self-Regulatory Strength, Effort, and Fatigue—Suzanne C. Segerstrom, Lise Solberg Nes, 2007. (n.d.). Retrieved November 7, 2020, from https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1111/j.1467-9280.2007.01888.x
Ingjaldsson, J. T., Laberg, J. C., & Thayer, J. F. (2003). Reduced heart rate variability in chronic alcohol abuse: Relationship with negative mood, chronic thought suppression, and compulsive drinking. Biological Psychiatry, 54(12), 1427–1436. https://doi.org/10.1016/S0006-3223(02)01926-1
Kim, H.-G., Cheon, E.-J., Bai, D.-S., Lee, Y. H., & Koo, B.-H. (2018). Stress and Heart Rate Variability: A Meta-Analysis and Review of the Literature. Psychiatry Investigation, 15(3), 235–245. https://doi.org/10.30773/pi.2017.08.17
Malik, M., & Camm, A. J. (1990). Heart rate variability. Clinical Cardiology, 13(8), 570–576. https://doi.org/10.1002/clc.4960130811
Nepal, G. B., & Paudel, B. H. (2012). Effect of posture on heart rate variability in school children. Nepal Medical College Journal: NMCJ, 14(4), 298–302.
Parati, G., & Di Rienzo, M. (2003). Determinants of heart rate and heart rate variability. Journal of Hypertension, 21(3), 477–480.
Peressutti, C., Martín-González, J. M., M.García-Manso, J., & Mesa, D. (2010). Heart rate dynamics in different levels of Zen meditation. International Journal of Cardiology, 145(1), 142–146. https://doi.org/10.1016/j.ijcard.2009.06.058
Products. (n.d.). Kubios. Retrieved November 8, 2020, from https://www.kubios.com/products/
Rajendra Acharya, U., Kannathal, N., Mei Hua, L., & Mei Yi, L. (2005). Study of heart rate variability signals at sitting and lying postures. Journal of Bodywork and Movement Therapies, 9(2), 134–141. https://doi.org/10.1016/j.jbmt.2004.04.001
Rajendra Acharya, U., Paul Joseph, K., Kannathal, N., Lim, C. M., & Suri, J. S. (2006). Heart rate variability: A review. Medical and Biological Engineering and Computing, 44(12), 1031–1051. https://doi.org/10.1007/s11517-006-0119-0
Routledge, F. S., Campbell, T. S., McFetridge-Durdle, J. A., & Bacon, S. L. (2010). Improvements in heart rate variability with exercise therapy. The Canadian Journal of Cardiology, 26(6), 303–312. https://doi.org/10.1016/s0828-282x(10)70395-0
Song, H.-S., & Lehrer, P. M. (2003). The effects of specific respiratory rates on heart rate and heart rate variability. Applied Psychophysiology and Biofeedback, 28(1), 13–23. https://doi.org/10.1023/a:1022312815649
Tang, Y.-Y., Ma, Y., Fan, Y., Feng, H., Wang, J., Feng, S., Lu, Q., Hu, B., Lin, Y., Li, J., Zhang, Y., Wang, Y., Zhou, L., & Fan, M. (2009). Central and autonomic nervous system interaction is altered by short-term meditation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(22), 8865–8870. https://doi.org/10.1073/pnas.0904031106
Taylor, C. B. (2010). Depression, heart rate related variables and cardiovascular disease. International Journal of Psychophysiology, 78(1), 80–88. https://doi.org/10.1016/j.ijpsycho.2010.04.006
Tegegne, B. (2018). Determinants of heart rate variability in the general population: The Lifelines Cohort Study. Heart Rhythm, 15, 1552–1558.
Thayer, J. F., Hansen, A. L., Saus-Rose, E., & Johnsen, B. H. (2009). Heart Rate Variability, Prefrontal Neural Function, and Cognitive Performance: The Neurovisceral Integration Perspective on Self-regulation, Adaptation, and Health. Annals of Behavioral Medicine, 37(2), 141–153. https://doi.org/10.1007/s12160-009-9101-z
Tsuji H, Venditti F J, Manders E S, Evans J C, Larson M G, Feldman C L, & Levy D. (1994). Reduced heart rate variability and mortality risk in an elderly cohort. The Framingham Heart Study. Circulation, 90(2), 878–883. https://doi.org/10.1161/01.CIR.90.2.878
Tsuji Hisako, Venditti Ferdinand J., Manders Emily S., Evans Jane C., Larson Martin G., Feldman Charles L., & Levy Daniel. (1996). Determinants of heart rate variability. Journal of the American College of Cardiology, 28(6), 1539–1546. https://doi.org/10.1016/S0735-1097(96)00342-7
van Ravenswaaij-Arts, C. M. A., Kollee, L. A. A., Hopman, J. C. W., Stoelinga, G. B. A., & van Geijn, H. P. (1993). Heart Rate Variability. Annals of Internal Medicine, 118(6), 436–447. https://doi.org/10.7326/0003-4819-118-6-199303150-00008
Williams, D. P., Cash, C., Rankin, C., Bernardi, A., Koenig, J., & Thayer, J. F. (2015). Resting heart rate variability predicts self-reported difficulties in emotion regulation: A focus on different facets of emotion regulation. Frontiers in Psychology, 6. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2015.00261
大部分可穿戴设备采用光电容积脉搏波描记法(PPG)来测量心率及其他生物计量指标。PPG是一种将光照进皮肤并测量因血液流动而产生的光散射的方法 。该方法非常简单,光学心率传感器基于以下工作原理 :当血流动力发生变化时 ,例如血脉搏率(心率)或血容积(心输出量)发生变化时 ,进入人体的光会发生可预见的散射 。
光学心率传感器使用四个主要技术元件来测量心率:
光发射器 - 通常至少由两个光发射二极管(LED)构成,它们会将光波照进皮肤内部。
光电二极管和模拟前端(AFE) - 这些元件捕获穿戴者折射的光 ,并将这些模拟信号转换成数字信号用于计算可实际应用的心率数据 。
加速计 - 加速计可测量运动,与光信号结合运用 ,作为PPG算法的输入。
算法 - 算法能够处理来自AFE和加速计的信号 ,然后将处理后的信号叠加到PPG波形上 ,由此可生成持续的 、运动容错心率数据和其他生物计量数据。
为什么通过LED灯发光就能测量心率呢 ?
当LED光射向皮肤
,透过皮肤组织反射回的光被光敏传感器接受并转换成电信号再经过AD转换成数字信号 ,简化过程:光--> 电 --> 数字信号
为什么大多数传感器都是采用的绿光呢?
我们先看看光谱的特点,从紫外线到红外线的波长是越来越长的。
之所以选择绿光作为光源是考虑到一下几个特点 :
1. 皮肤的黑色素会吸收大量波长较短的波
2. 皮肤上的水份也会吸收大量的UV和IR部分的光
3. 进入皮肤组织的绿光(500nm)-- 黄光(600nm)大部分会被红细胞吸收
4. 红光和接近IR的光相比其他波长的光更容易穿过皮肤组织
5. 血液要比其他组织吸收更多的光
6. 相比红光,绿(绿-黄)光能被氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白吸收
总体来说
,绿光-- 红光能作为测量光源。早起多数采用红光为光源
,随着进一步的研究和对比,绿光作为光源得到的信号更好,信噪比也比其他光源好些,所以现在大部分穿戴设备采用绿光为光源。但是考虑到皮肤情况的不用(肤色
、汗水),高端产品会根据情况自动使用换绿光、红光和IR多种光源。
虽然知道了上面的几个特点 ,但是还不足以弄清楚为什么通过光照就能测出心率 、血氧等参数呢?下图就解释了核心原理
当光照透过皮肤组织然后再反射到光敏传感器时光照有一定的衰减的
。像肌肉、骨骼、静脉和其他连接组织等等对光的吸收是基本不变的(前提是测量部位没有大幅度的运动),但是血液不同,由于动脉里有血液的流动,那么对光的吸收自然也有所变化。当我们把光转换成电信号时 ,正是由于动脉对光的吸收有变化而其他组织对光的吸收基本不变,得到的信号就可以分为直流DC信号和交流AC信号。提取其中的AC信号,就能反应出血液流动的特点 。我们把这种技术叫做光电容积脉搏波描记法PPG 。
下图是PPG信号和ECG信号的对比
实际测量手指的PPG信号如下:
所以,只要测得到的PPG信号比较理想算出心率也不算什么难事。但是事实总是残酷的,由于测量部位的移动 、自然光、日光灯等等其他的干扰
,最终测到的信号可能是下面的这种,所以要通过很多方法进行滤波处理
对于PPG信号的处理, 一种是时域分析,即算出一定时间内PPG信号的波峰个数,另一种是通过对PPG信号进行FFT变换得到频域的特点
。
时域方法
:
通过对原始的PPG信号进行滤波处理
,得到一定时间内的波峰个数
,然后既可算出心率值
假设连续采样5秒的时间,在5s内的波峰个数为N,那么心率就是N*12 (这个相信大家都懂,就跟把脉一样~)
频域分析 :
上面分析过 ,我们把血液流动对光吸收转变成了AC信号,如果对于进行FFT变换,那么就能看到频域的特点。如下图就是对PPG信号的FFT转变
上图中的频域图,0Hz的信号很强 ,这部分是骨骼
、肌肉等组织的DC信号,在1Hz附近有个相对比较突出的信号就是血液流动转变的AC信号。假设测得到的频率f = 1.2Hz
那么心率HeartRate HR = f x60 = 1.2 x 60 = 72
最后再简单提一下血氧的测量,相比心率血氧测量难度较大而且精度不算太高
。测量血氧的原理图下图所示
由于血液中含有的氧合血红蛋白HbO2和血红蛋白Hb存在一定的比例,简单说也就是含氧量吧 。上面的图表示了氧合血红蛋白HbO2和血红蛋白Hb对波长600~1000nm的光吸收特性 ,从图中可以看出上600~800nm间Hb的吸收系数更高,800~1000之间HbO2的吸收系数更高 。所以可以利用红光(600~800nm)和接近IR(800~1000nm)的光分别检测HbO2和Hb的PPG信号 ,然后通过程序处理算出相应的比值,这样就得到了血氧值 。
但是由于光源不同,直接利用红光和接近IR的光进行信号对比是不可靠的 ,因为红光和IR透过皮肤组织也会产生不同的吸收。下图是红光和IR透过皮肤的原始信号示意图
上面分析说过,DC部分是光透过皮肤组织转换成的直流信号,AC是血液流动产生转换成的交流信号。由于皮肤组织对红光和IR的吸收程度不同,DC部分自然也就不一样 。为了能共“公平对待”两种光源的PPG信号,所以需要对原始信号处理一下。下图示意了处理后的信号(DC部分相等)
通过一定的比例计算,公平对待Red和IR的PPG信号。这样计算出来的Hb和HbO2比例才可靠。
以上的原理分析基本就结束了,是不是依此就能开发出血氧测量产品呢?答案是的,但肯定又不是这么简单,要做成产品可远没有这么简单 。加1健康提供集成化的心电、血氧 、心率一体化的集成解决方案,让让您的产品更快走向市场,减少风险 ,少走弯路。
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前言
一、劝退因素
二、在售产品
三、参考入手价
四 、选择建议
结语
上一次写 Polar 的选购指南还是去年8月份,有兴趣的朋友可翻看一下我的专栏回顾一下。文章发布之后至今 ,Polar 先后发布了 Vantage V2、Verity Sense 、Vantage M2 以及 Ignite2。本来在今年3月底就应该写下这篇文章,但出于谨慎 ,我在得到了可靠的案例和一定时长的测试数据之后完成本文 ,作为选购 Polar 产品的一个参考 。由于固件更新的限制,对于已经迭代的产品(比如V1和V2) ,购买旧款已经不太合适 ,因此本指南将只对相对较新的款式进行推荐。请记住一点 :观点是我的,钱是你的;我可以感性 ,但你花钱得理性。所以是否要购买以及购买哪一款,取决于你自己的选择 。运动手表对于训练只是锦上添花 ,并非给你开挂。
Polar 在心率监测方面的声望非常突出,但对于中国大陆地区的用户而言有些本地化方面的问题 Polar 做得比较差劲,所以并不建议所有人购买 Polar 产品 。以下就是你需要考虑的一些劝退因素 :
Polar 的产品线包括心率传感器、GPS跑表、GPS码表 、运动手环以及其它智能配件,这里只对心率感应器和GPS跑表展开介绍 。
1.心率传感器
2.GPS跑表
Polar 在售GPS跑表包含 Vantage 系列的 V2 和 M2;适用于越野跑的 Grit-X;偏向室内锻炼以及轻度跑步需求的 Ignite2;上一代次旗舰 M430。最近新出的 Unite 因为不含GPS模块故不纳入讨论 ,A370手环等其它轻度向产品亦同 。V1 、M1 以及 IG1 因为后续很可能不再有固件更新,因此也不再列入推荐清单 。
Polar 国行的定价比较高,寻求实惠的话主要建议从亚马逊海外购、淘宝第三方或者闲鱼蹲守 。心率传感器设备故障率极低,除去胸带/臂带因为长期使用可能出现性能衰减之外,电子元器件部分非常耐造,因此买便宜的就好。跑表故障风险相比心率传感器要高一些 ,尤其 Vantage 系列曾经有一些用户反映按键失灵的问题,因此建议优先购买德国亚马逊或者英国亚马逊自营商品 。国行的价格一直居高不下 ,除非618/双十一之类的活动期价格能接近亚马逊售价 ,或者你不差钱,否则不推荐购买国行。
越野跑选手可以考虑 Polar Vantage V2 和 Grit-X ,主要考虑到气压计的配置以及坡道算法的列装 。Grit-X 已经逐渐接近合理的价位 ,而V2因为发布时间还不够久,依旧有议价空间 。
计划购买 Polar 产品的用户应充分考量 Polar 品牌在中国大陆地区一些使用不便的现状 。个人主张量力而为,在了解自己真实需求的情况下选择最为匹配的产品,不要追逐过多功能 。专门买一块跑表作为训练辅助工具可以看作一项投资,唯有获得了更加强健的体魄 ,这笔投资才谈得上成功 。
文末附上若干先前写过的文章 ,可作为本指南部分产品的补充性说明 :
miCoachFans :简单介绍一下 Polar Verity Sense
miCoachFans:简单介绍一下 Polar Vantage M2 和 Ignite2
勘误 :
2021/05/10H9心率带支持ANT+与GymLink,先前附图存在错误,已修正。感谢@007 的提醒 。