Article en
การวัดอัตราการเต้นของหัวใจด้วยแสง OHR
ก.ย.
อัตราการเต้นของหัวใจ (อังกฤษ: Heart rate) หมายถึงความเร็วของการบีบตัวของหัวใจในช่วงระยะเวลาหนึ่งๆ โดยทั่วไปนิยมใช้หน่วย “ครั้งต่อนาที” อัตราหัวใจเต้นสามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นกับสรีรวิทยาของร่างกาย เช่นความต้องการออกซิเจนและการขับคาร์บอนไดออกไซด์ของร่างกาย สิ่งที่มีผลกับอัตราหัวใจเต้นได้แก่กิจกรรมของร่างกาย เช่น การออกกำลังกาย การนอนหลับ ความเจ็บป่วย การย่อยอาหาร และยาบางชนิด ถ้าหัวใจเต้นไม่สม่ำเสมอเรียกว่าภาวะหัวใจเสียจังหวะ (arrhythmia) ความผิดปกติของการเต้นหัวใจในบางครั้งอาจเป็นแสดงถึงการเป็นโรคแต่ก็ไม่เสมอไป ตัวอย่างเช่น หัวใจเต้น 90 ครั้งต่อนาที หากวัดคลื่นไฟฟ้าหัวใจ โดยเลือกที่ตำแหน่ง R ใน PQRS Complex จะมีจำนวน ยอดคลื่น R 90 ยอดต่อนาทีนั่นเอง แต่ต่างกันแค่อัตราการผันแปร ที่สั้นบ้างยาวบา้างในแต่ละครั้ง
ปัจจุบันนี้การวัดอัตราการเต้นของหัวใจ ด้วยแสงอินฟราเรด Optical Heart Rate เป็นที่ได้รับความนิยมเป็นอย่างมากทั้งในการกีฬาและการออกกำลังกาย และมีหลากหลายยี่ห้อ ให้เราได้เลือกใช้กัน
วันนี้เราจะพาคุณมาทำความรู้จักกับหลักการของอุปกรณ์การวัดอัตราการเต้นของหัวใจด้วยแสง และ ความแตกต่างระหว่างการวัดอัตราการเต้นของหัวใจจากสายคาดอก อะไรคือจุดเด่นหรือจุดด้อยของการวัดอัตราการเต้นของหัวใจด้วยแสง และ ความแม่นยำ
จุดเริ่มต้นของการวัดอัตราการเต้นของหัวใจคือแบบสายคาดหน้าอก
การวัดอัตราการเต้นของหัวใจในขณะออกกำลังกายนั้น เทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมและช่วยให้นักกีฬาทราบอัตราการเต้นของหัวใจได้ด้วยตัวเองก็คือ การใช้สายคาดอก ซึ่งถูกพัฒนามาจากการวัดคลื่นไฟฟ้าของหัวใจที่เราเห็นตามในโรงพยาบาลครับ นักกีฬาจะใช้สายคาดอกที่เปียก (น้ำเป็นสื่อในการนำไฟฟ้า คลื่นไฟฟ้าหัวใจก็เช่นกันจะนำได้ดีต้องมีสื่อ เช่นน้ำ) หรือเจลที่มีองค์ประกอบของ ซิลเวอร์คลอไรด์ โดยคาดไว้รอบหน้าอกและเริ่มออกกำลังกาย ซึ่งเทคโนโลยีดังกล่าวนั้นมีมาเกือบจะ 40 ปี โดยโพลาร์เป็นเจ้าแรกที่ผลิตขึ้นมานะครับ แต่ เซนเซอร์สำหรับการวัดอัตราการเต้นของหัวใจ สายคาดหน้าอก และจีพีเอส มีวิวัฒนาการที่รวดเร็วมาก แต่อย่างก็ก็ตามคุณอาจจะเคยได้ยินเดี่ยวกับนาฬิกาที่ใช้ในการออกกำลังกาย ที่มีการติดตั้งการวัดอัตราการเต้นของหัวใจแบบใช้แสงติดมาภายในตัวนาฬิกา หรือแม้กระทั่งผลิตภัณฑ์ที่มีการวัดอัตราการเต้นของหัวใจแบบใช้แสงของโพลาร์ Polar OH-1 ที่เพิ่งจะออกวางตลาดมาเมื่อไม่นานมานี้ ก่อนอื่นเรามาดูเกี่ยวกับวิธีการวัดอัตราการเต้นของหัวใจก่ันก่อนนะครับ
โดยปกติแล้ว อัตราการเต้นของหัวใจ heart rate ปกติ จะอยู่ที่ 70 ครั้งต่อนที Resting Heart rate นั่นเอง
วิธีการในการวัดอัตราการเต้นของหัวใจ
มีหลายวิธีการมาก ในการวัดอัตราการเต้นขอหัวใจ โดยมีหน่วยในการวัดเป็น ครั้งต่อนาที BPM เช่น
- การจับชีพจร โดยการใช้นิ้วแตะบริเวณเส้นเลือดแดงบริเวณคอ แล้วนับจำนวนครั้งของอัตราการเต้นของหัวใจ เทคนิคนี้จะใช้บ่อยในการวัดอัตราการการเต้นของชีพจรขณะพัก แล้วขณะออกกำลังกายหละ ???
- การวัดคลื่นไฟฟ้าหัวใจ Electrocardiogram วิธีเดียวกัน กับที่ใช้ตรวจตามโรงพยาบาลสำหรับการตรวจหัวใจนั่นแหละครับ หรือ สายคาดอกสำหรับการออกกำลังกาย ก็จะใช้วิธีการเดียวกัน
- การวัดการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร ด้วยการใช้ลำแสงจาก LED และไดโอดรับแสงบริเวณนิ้วหรือข้อมือ PPG เราจะเห็นได้ตามโรงพยาบาลเวลาเราวัดความเข้มข้นของออกซิเจน ในเลือด Oxygen Saturation หรือ นาฬิกาออกกำลังกายที่มีแสงสีเขียวออกมาด้านหลังนั่นเอง
เปรียบเทียบ Electrocardiogram ECG VS PPG Photoplethysmogram
การวัดคลื่นไฟฟ้าหัวใจ ECG นั้นคือการวัดคลื่นไฟฟ้าที่ได้จากหัวใจ ในขณะที่หัวใจมีการเต้นหนึ่งครั้ง ก็จะปรากฏคลื่นไฟฟ้าขึ้นซึ่งคลื่นไฟฟ้านั้นจะเคลื่อนที่ผ่านของเหลวที่อยู่ในร่างกายและเราสามารถวัดได้จากบริเวณผิว โดยการนำแผ่นอิเล็คโทรตไปติดไว้ เราก็จะวัดการเปลี่ยนแปลงของหัวใจได้จากคลื่นไฟฟ้านี้ ในการออกกำลังกายหรือนักกีฬาก็เช่นกัน เราก็จะใช้สายคาดอกที่เปียกเพื่อไปรับคลื่นไฟฟ้าของหัวใจเช่นเดียวกันกับที่คุณหมอใช้อิเล็คโทรตไปติดตามตำแหน่งต่างๆของร่างกายเพื่อวัดคลื่นไฟฟ้าหัวใจ การวัดคลื่นไฟฟ้าของหัวใจก็คือการวัดกิจกรรมและการเปลี่ยนแลงของหัวใจได้โดยตรง และเป็นวิธีที่ดีที่สุดและใกล้เคียงกับการทำงานของหัวใจมากที่สุด ดั
ส่วนวิธีการ PPG (Photopletysmogram) นั้น เป็นการวัดสัญญาณที่ได้จากการวัดการเปลี่ยนแปลงของปริมาณของเลือดหรืออวัยวะ เพื่อนำมาคำนวณหาอัตราการเต้นของหัวใจ ซึ่งเราสามารถทำการวัดได้ที่ ติ่งหู แขน นิ้ว ข้อมือ หรือแม้กระทั่งสมอง เหมือนที่คุณหมอใช้วัดตามโรงพยาบาล ที่เป้นแสงสีแดงๆ แต่ในนาฬิกาสำหรับออกกำลังกาย ส่วนใหญ่จะเป็นสีเขียวนั่นเอง
จากภาพเป็นการเปรียบเทียบสัญญาณอัตราการเต้นของหัวใจจากคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ด้านบน) และจากเทคนิคของ PPG (ด้านล่าง)
ลงลึกกับเทคนิค PPG กันดีกว่า
ต่อเนื่องจากด้านบน เทคนิคของ PPG นั้นก็คือ การวัดปริมาณ และการเปลี่ยนแปลงของเลือด หรืออวัยวะ โดยการใช้ลำแสง เราลองมาแยกออกมาดูกัน
- PPG ใช้ลำแสง และเซนเซอร์ในการวัด
- การเปลี่ยนแปลงของปริมาณ เทคนิค PPG นั้นจะใช้การเปลี่ยนแปลงของปริมาณมากหรือน้อยที่ขนาดอ้างอิงหน่ึ่งนั่นเอง
- อวัยวะ ที่เราพูดถึงไม่ใช่หัวใจนะครับ แต่คือ ระบบหัวใจและหลอดเลือด ดังนั้นเทคนิคของ PPG จะใช้การวัดที่หลอดเลือดดำ หรือ หลอดเลือดฝอยที่อยู่ใต้ผิวหนัง นั่นเอง
สรุปก็คือ เทคนิค PPG คือการวัดการเปลี่ยนแปลงของปริมาณของหลอดเลือดฝอยโดยการใช้ลำแสงและเซนเซอร์วัดขนาดของหลอดเลือดที่อยู่ใต้ผิวหนัง นั่นเอง โดยมีขั้นตอนการวัดดังนี้
- หลอ LED จะส่องแสงที่มีความคงที่ลงบนผิวหนัง และจะเกิดปรากฏการณ์สะท้อนและกระเจิงของแสง
- เมื่อหัวใจบีบตัวก็จะเกิดแรงดันหรือ ชีพจนผ่านไปยังหลอดเลือด
- ปริมาณของแสงที่รับได้ที่ไดโอดเซ็นเซอร์ก็จะมีการเปลี่ยนแปลงไปตามจังหวะของชีพจรนั่นเอง
- ระบบจะติดตามการเปลี่ยนแปลงในแต่ละช่วงเวลาและจังหวะของชีพจรแต่ละครั้งและคำนวณกลับเป็นอัตราการเต้นของหัวใจ
ถึงตอนนี้เมื่อคุณเข้าใจหลักการแล้ว ตัวอย่างเช่นการเพิ่มปริมาณของ LED และสีของ LED รวมทั้งความเข้มของแสง ตำแหน่งการวางของ LED และวิธีการที่จะทำให้ LED และไดโอดรับแสงอยู่ใกล้กับผิวหนังมากที่สุดเพื่อทำให้รับแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด
ดังนั้นจึงมีคำถามว่า LED 6 ดวงต่างกับ 2 ดวงไหม
แน่นอนมันต่างกันอยู่แล้วในเรื่องของความแม่นยำ จากหลักการที่กล่าวมาแล้ว (เหมือนกับมีบางท่านถามมาเกี่ยวกับนาฬิกาสำหรับการออกกำลังกายยี่ห้อหนึ่งที่ใช้ LED 2 ดวง แล้วปรากฏว่าการวัดอัตราการเต้นของหัวใจนั้นเพี้ยน หรือขึ้นช้า) คำตอบก็คือ ตามหลักการด้านบนนะครับ วิธีการใส่ก็มีความสำคัญด้วยนะครับ ถ้าเราใส่แล้วหลวมหรือตัว LED และเซนเซอร์มีการเลื่อนไปเลื่อนมาตอนออกกำลังกายก็จะส่งผลต่อความแม่นยำในการวัดอัตราการเต้นของหัวใจด้วยเช่นกัน แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นก็ไม่ได้บอกว่าวิธีการ PPG จะแม่นยำที่สุดนะครับ เช่น คนที่มีปัญหาเรื่องโรคหัวใจ หลอดเลือด หลอดเลือดเสียความยืดหยุ่น ในผู้่ป่วยเบาหวาน ผมไม่แนะนำให้ใช้วิธีการนี้ในการวัดอัตราการเต้นของหัวใจ และควรปรึกษาแพทย์ ในการเลือกอุปกรณ์ในการออกกกำลังกายด้วยนะครับ
เลือกอุปกรณ์หรือเครื่องมือให้เหมาะกับงานของคุณ
ดังนั้น เราจะเริ่มด้วยวัตถุประสงค์สำหรับการใช้งานของคุณ และความเร็วของการทำงานของหัวใจ ซึ่งนั่นก็คือ อัตราการเต้นของหัวใจ ซึ่งแต่ละวิธีก็มีข้อดีและข้อเสียที่แตกต่างกันออกไป วิธีการเดียวก็คือเครื่องมือนั่นเหมาะกับการออกกำลังกายหรือการฝึกซ้อมของคุณมากแค่ไหน ตอบโจทย์ได้มาหรือน้อยแค่ไหน นี่คือสิ่งที่สำคัญเป็นอย่างมากครับซึ่งผมได้เขียนไว้ในตอนที่แล้ว
Polar OH1 VS Polar H10 เลือกสิ่งที่ใช่สำหรับคุณ
สำหรับการที่จะบอกว่าตัวการวัดอัตราการเต้นของหัวใจนั้นแม่นยำหรือไม่
มีหลายวิธี ถ้าหากคุณไปดูในรีวิว ที่เขาต้องการจะขายของเขาก็จะมีวิธีการที่จะทำให้วิธีการวัดของอุปกรณ์นั้นมีความน่าเชื่อถือลดลง เช่น การใส่ไว้ที่ตำแหน่งต่างกันของการวัด ดังที่เราเจอในรีวิว บ่อยๆ เช่น ข้อมือซ้ายเรือนนึง และข้อมือขวาเรือนนึง ตำแหน่งของการวัดก็มีความสำคัญ การใส่ให้แนบกับผิวหนังก็มีความสำคัญเช่นกันไม่มีการเคลื่อนที่เมื่อมีการออกกำลังกายหรือเล่นกีฬา ครับ สำหรับนาฬิกาในการออกกำลังกาย เราก็จะไม่ใส่บริเวณกระดูข้อมือ นะครับ เราจะเลื่อนขึ้นมานิดหนึ่งดังรูปนั่นเองครับ
ถ้าคุณใช้ Polar OH1 บริเวณแขน นั้น คุณจะต้องใส่บริเวณต่ำกว่าหรือสูงกว่าข้อศอกเล็กน้อย เพื่อเซนเซอร์จะต้องสัมผัสกับผิวหนังและไม่มีการเลื่อนไปมา ในขณะที่ออกกำลังกาย
ความแม่นยำของการวัดอัตราการเต้นของหัวใจด้วยแสง
จากการทดสอบของโพลาร์ นั้น ผลิตภัณฑ์การวัดอัตราการเต้นของหัวใจด้วยแสงของเราค่าที่อ่านได้มีความใกล้เคียงกับคลื่นไฟฟ้าหัวใจมาก ในหลายๆกีฬาที่ได้รับความนิยม เช่น วิ่ง หรือ จักรยาน แต่ถ้าคุณต้องการใช้งานที่หลากหลายและได้ความแม่นยำมากของอัตราการเต้นขอหัวใจ แบบสายคาดอกจะเหมาะสมมากที่สุด
สิ่งหนึ่งที่ท้าท้ายสำหรับการวัดอัตราการเต้นของหัวใจด้วยแสงก็คือ การรบกวนจากการเคลื่อนไหวร่างกาย Motion Artifact ถ้าคุณนั่งนิ่งๆ ก็จะมีการเคลื่อนไหวน้อย แต่ถ้าหากคุณมากเคลื่อนไหวเช่นการเปลี่ยนทิศทาง หรือตำแหน่งอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดการเปลี่ยนตำแหน่งของเซนเซอร์ ก็จะทำให้เกิดสัญญาณรบกวนจากการเคลื่อนไหวของการเคลื่อนไหวได้เช่นกัน
อย่างที่ผมเคยย้ำเสมอถึงความแตกต่างระหว่างโพลาร์กับนาฬิกาหรือผลิตภัณฑ์วัดอัตราการเต้นของหัวใจยี่ห้ออื่นๆ นั่นก็คือ ซอฟท์แวร์ และวิธีการคำนวณ อัลกอริทึ่ม ในการหาค่าอัตราการเต้นของหัวใจจากข้อมูลเซ็นเซอร์ จากประสบการณ์ที่มากกว่า สามสิบปี ทำให้ผลิตภัณฑ์ของโพลาร์ ได้รับการยอมรับมากมาย และมีข้อมูลมากมายในการพัฒนาอัลกอริทึ่มอย่างต่อเนื่อง
หวังว่าบทความนี้คงจะเป็นประโยชน์กับท่านไม่มากก็น้อยในการเข้าใจหลักการของการวัดอัตราการเต้นของหัวใจ ของผลิตภัณฑ์ที่มีวางขายกันในท้องตลาดนะครับ หากท่านมีปัญหาเรื่องการออกกำลังกาย หรือ เรื่องวิทยาศาสตร์การกีฬา อยากให้ทีมงานของเราไปหาคำตอบมาให้สามารถส่งคำถามได้ทางเฟสบุ๊คของเราวีณาสปอร์ตแฟนเพจ หรืออีเมลล์ [email protected] ทีมงานของเราจะไปรีบหาคำตอบมาฝากนะครับ เทรนสนุก ได้ความรู้ ต้องที่วีณา สปอร์ต นะครับ
- O’Rouke, R.A., Fuster, V. (2001). Hurst’s The Heart (10 (International edition) ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-116296-8.
