Relógio ou cinta peitoral? O que a PPG faz com a VFC

O diagrama abaixo alinha os dois sinais para os mesmos batimentos: o eletrocardiograma eletrocardiograma ECG Um registro da atividade elétrica do coração, feito com eletrodos na pele. Os intervalos RR obtidos por ECG são o padrão de referência para medir a VFC. Mais sobre ECG (ECG) de uma cinta peitoral em cima, a fotopletismografia fotopletismografia PPG Método óptico que emite luz sobre a pele e registra a pulsação do sangue a cada batimento. A maioria dos relógios, anéis e aplicativos que medem pela câmera do celular usa esse método para estimar a VFC. Mais sobre PPG (PPG) de um relógio embaixo.

1. Tempo de trânsito do pulso: a onda de pulso chega ao punho uma fração de segundo depois do pico R.
2. O tempo de trânsito muda com a respiração e a pressão arterial; por isso um intervalo PP não é uma cópia exata do intervalo RR correspondente.
3. Dispersão do instante medido: uma onda arredondada pode ser medida na base, na subida mais íngreme ou no pico, e cada ponto dá um instante de batimento um pouco diferente.
4. Taxa de amostragem baixa: com 25 amostras por segundo, o sensor vê um ponto a cada 40 ms, e o instante do pico é arredondado.

Dois traçados, um acima do outro, para os mesmos batimentos. O traçado de cima é um ECG com um pico R alto e nítido a cada batimento; colchetes entre os picos trazem a legenda intervalo RR. O traçado de baixo é um PPG com uma onda de pulso suave e arredondada a cada batimento. Cada pulso começa pouco depois do seu pico R, e esse atraso, o tempo de trânsito do pulso, é um pouco diferente a cada batimento. Em um dos pulsos, uma faixa sombreada cobre a base, a subida mais íngreme e o pico, os pontos que um detector pode usar como instante do batimento. Em outro pulso, pontos marcam as amostras de um sensor lento, separadas por 40 ms, nenhuma exatamente sobre o pico. Colchetes entre os picos de pulso trazem a legenda intervalo PP.

As pessoas costumam perguntar se um relógio ou anel mede a variabilidade da frequência cardíaca (VFC) tão bem quanto uma cinta peitoral. A resposta curta é que chega perto em repouso e fica pior quando você se mexe. Esta página explica por quê, passo a passo: como um dispositivo vestível transforma pulsos de luz em uma lista de intervalos entre batimentos, onde o erro de temporização entra em cada etapa e quais valores de VFC esse erro mais altera. É o aprofundamento da comparação em como a VFC é medida. Para a onda de pulso em si si Índice de estresse de Baevsky Um número sem unidade, obtido do histograma dos intervalos entre os batimentos cardíacos. Sobe quando o ritmo fica mais estável e menos variável, o que Baevsky lia como tensão sobre a regulação do organismo. Mais sobre Índice de estresse de Baevsky e as outras coisas que um sensor de PPG mede, comece por PPG: como o seu relógio lê a pulsação.

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Dois sinais de um mesmo batimento

Uma cinta peitoral é um pequeno ECG. Dois eletrodos captam a onda elétrica que se espalha pelo músculo do coração pouco antes de ele se contrair. No traçado, cada batimento forma um pico alto e estreito, a onda R, que sobe e desce em poucos centésimos de segundo. O topo é fácil de situar no tempo, então o intervalo de uma onda R à seguinte, o intervalo RR intervalo RR Intervalo RR O tempo de um batimento cardíaco ao seguinte, medido em milissegundos entre os picos R de um ECG. A VFC é calculada a partir de uma série desses intervalos. Mais sobre Intervalo RR , é um registro preciso do momento em que o marca-passo natural do coração marca-passo natural do coração Nó sinusal O marca-passo natural do coração, um pequeno grupo de células que dá início a cada batimento normal. Sozinho, dispara cerca de 100 vezes por minuto; em repouso, o nervo vago o mantém mais lento. Mais sobre Nó sinusal gerou o impulso, como descreve o documento de padrões da Sociedade Europeia de Cardiologia e da Sociedade Norte-Americana de Estimulação e Eletrofisiologia (Task Force, 1996).

Um relógio ou anel usa a PPG, um sensor óptico. Uma luz incide sobre a pele e um fotodiodo mede quanto dela volta. Quando um batimento empurra sangue para os pequenos vasos sob o sensor, um pouco mais de luz é absorvida, e o sensor enxerga uma elevação suave por batimento. O intervalo entre as elevações é o intervalo entre pulsações (PP), e a variação desses intervalos é a variabilidade da frequência de pulso variabilidade da frequência de pulso Variabilidade da frequência de pulso Variação do tempo entre as pulsações, medida de forma óptica por relógios, anéis e câmeras de celular. Acompanha de perto a VFC em repouso, mas se afasta dela durante o movimento. Mais sobre Variabilidade da frequência de pulso (PRV, na sigla em inglês).

Três diferenças importam para a marcação do tempo:

• A pulsação chega mais tarde. A onda de pressão precisa sair do coração e percorrer as artérias. Em 32 adultos reclinados, o tempo entre a onda R e a base da onda de pulso (onde ela começa a subir) foi de 126 ms na orelha e de 269 ms no dedo (Block e colaboradores, 2020). A região do pulso fica entre esses dois pontos, então um relógio provavelmente enxerga cada pulsação aproximadamente 150 a 300 ms depois da onda R, conforme a pessoa e o ponto marcado na onda. Essa faixa é uma estimativa nossa, não um valor medido.
• O atraso muda. O tempo de trânsito diminui quando a pressão arterial sobe e aumenta quando ela cai (Mukkamala e colaboradores, 2015), e oscila com a respiração. Durante a respiração em ritmo guiado em 15 pessoas saudáveis, a maior variação do tempo de trânsito foi de 7 a 23 ms, conforme a pessoa (Drinnan e colaboradores, 2001). Esses milissegundos entram nos intervalos PP, mas o coração nunca os produziu.
• A onda de pulso é arredondada. A onda R sobe e desce em algumas dezenas de milissegundos. A onda de pulso leva cerca de um décimo de segundo só para subir, e o topo dela é largo e achatado. Situar no tempo um topo largo é mais difícil do que situar um pico estreito.

Passo a passo: da luz ao valor de VFC

Todo dispositivo vestível executa alguma versão desta cadeia. Os fabricantes não publicam os detalhes, então tome as etapas como o método geral, e não como o de um produto específico.

O diagrama abaixo mostra as sete etapas, numeradas como nos títulos a seguir, com o que pode dar errado em cada uma.

1. 1 Entrada de luz, saída do sinal bruto Um LED ilumina a pele e um fotodiodo lê a luz que volta. Precisão perdida aqui: Uma pulseira frouxa, a luz do dia, a pele fria ou a tinta escura de uma tatuagem podem reduzir a variação até que ela fique pouco acima do ruído do próprio sensor.
2. 2 Amostragem O sensor registra uma amostra em instantes fixos, definidos pela taxa de amostragem. Precisão perdida aqui: Um pulso só pode ser colocado em um desses instantes; por isso o instante de cada pulso é arredondado.
3. 3 Filtragem O filtro suaviza o ruído rápido e remove a deriva lenta. Precisão perdida aqui: A suavização atenua cada pulso; um deslocamento que depende do formato dele muda o instante do batimento.
4. 4 Localização do mesmo ponto em cada pulso O detector mede um ponto de referência: a base, a subida mais íngreme ou o pico. Precisão perdida aqui: O ruído desloca um pico largo e achatado mais do que uma subida íngreme.
5. 5 A série de intervalos O instante de cada pulso é subtraído do seguinte: um número por batimento. Precisão perdida aqui: Um pulso medido com atraso deixa um intervalo longo demais e o seguinte curto demais.
6. 6 Limpeza e preenchimento de lacunas Pulsos perdidos e falsos são descartados, preenchidos ou substituídos. Precisão perdida aqui: Cada batimento preenchido ou substituído é um palpite, e o método de edição muda os resultados.
7. 7 A janela e o número O firmware escolhe um trecho dos dados, como janelas curtas à noite ou em repouso, e aplica uma fórmula. Precisão perdida aqui: Janelas curtas têm menos batimentos; por isso alguns batimentos ruins pesam mais.

Mais afetadas: RMSSD, pNN50, SD1, HF · Menos afetadas: FC média, LF, SD2

Uma cadeia de sete etapas, de cima para baixo: entrada de luz e saída do sinal bruto, amostragem, filtragem, localização do mesmo ponto em cada pulso, série de intervalos, limpeza e preenchimento de lacunas, e a janela e o número. Ao lado de cada etapa está o erro que pode entrar ali: uma variação fraca por causa do ajuste, luz do dia, pele fria ou tinta de tatuagem, arredondamento para os instantes de amostragem, um pulso atenuado, ruído que desloca o ponto escolhido, um pulso tardio que alonga um intervalo e encurta o seguinte, batimentos adivinhados e janelas curtas. Uma faixa no final diz que RMSSD, pNN50, SD1 e HF são os mais afetados, e a frequência cardíaca média, a LF e o SD2, menos.

1. A luz entra, o sinal bruto sai

Um LED, em geral verde no pulso, ilumina a pele, e um fotodiodo mede, muitas vezes por segundo, a luz que volta. A maior parte dessa luz volta inalterada; a ondulação a cada batimento é uma parte pequena dela, então a eletrônica a amplifica.

O que pode dar errado: uma pulseira mal ajustada, a luz do dia que entra, a pele fria ou a tinta escura de uma tatuagem podem reduzir a ondulação até que ela fique pouco acima do ruído do próprio sensor. A PPG explicada trata disso em detalhe.

2. Amostragem: a base de tempo

O sensor não enxerga uma onda contínua. Ele faz uma medição em instantes fixos, a taxa de amostragem taxa de amostragem Taxa de amostragem Quantas vezes por segundo um sensor mede o sinal, em hertz (Hz). Define a precisão com que cada batimento é marcado: cerca de ±1 ms a 1.000 Hz, ±4 ms a 250 Hz e ±20 ms em uma câmera de 25 Hz. Mais sobre Taxa de amostragem . A 25 amostras por segundo, os instantes ficam a 40 ms um do outro; a 64, a cerca de 16 ms; a 500, a 2 ms. Uma pulsação só pode ser situada em um desses instantes, então o momento de cada pulsação tem um erro de até metade do espaço entre dois instantes: ±20 ms a 25 Hz e ±1 ms a 500 Hz.

O custo: cada intervalo PP carrega o arredondamento da pulsação em cada ponta. Sozinho, esse erro é pequeno ao lado de um intervalo de 900 ms, mas a VFC é feita de variações de 10 a 50 ms, então o arredondamento pode ser uma parte grande do que se está medindo. Do eletrodo ao número mostra isso com números reais.

3. Filtragem

Antes de procurar as pulsações, o firmware suaviza o sinal (um filtro passa-baixa) para cortar o ruído rápido e remove a deriva lenta (um filtro passa-alta) causada pela respiração, pela postura e pela pressão sobre o sensor.

O custo: suavizar remove ruído, mas também achata a forma de cada pulsação, e um filtro que não é simétrico no tempo desloca todas as pulsações na mesma medida. Um deslocamento constante não importa para os intervalos; um deslocamento que depende da forma de cada pulsação importa.

4. Encontrar o mesmo ponto em toda pulsação

O detector escolhe um ponto de referência (o ponto fiducial) em toda pulsação e marca o instante em que ele ocorre. Há três escolhas comuns:

• A base, onde a onda começa a subir. Pegar a amostra mais baixa não é confiável, porque o vale é plano. O método usual traça uma tangente ao longo da subida íngreme e encontra onde ela cruza o nível do vale anterior: o método da interseção de tangentes.
• O ponto mais íngreme da subida, o máximo da primeira derivada.
• O pico, o topo da onda.

O diagrama abaixo marca os três em uma mesma pulsação.

1. A base: onde uma tangente à subida íngreme encontra o nível do vale que a precede (método das tangentes que se cruzam).
2. O ponto de subida mais íngreme: o ruído desloca muito pouco, no tempo, uma borda íngreme.
3. O pico: perto de um topo largo e plano, um pouco de ruído pode deslocar a amostra mais alta em vários milissegundos.

Uma onda de pulso suave. Uma linha tracejada acompanha o vale antes do pulso, e uma segunda linha tracejada acompanha a subida íngreme; o ponto em que se cruzam marca a base. Um ponto na metade da subida marca a subida mais íngreme, com uma barra bem curta atravessando-o. Um ponto no topo arredondado marca o pico, com uma barra muito mais larga, o que mostra que o ruído pode deslocar o instante do pico bem mais.

A subida mais íngreme costuma ser a mais estável, porque o ruído desloca muito pouco, no tempo, uma borda íngreme. O pico é o menos estável: perto de um topo largo e achatado, um pouco de ruído pode deslocar a amostra mais alta em vários milissegundos, e o pico também se move quando a forma da onda muda com a respiração ou a pressão arterial. As evidências confirmam isso. Em um estudo com mesa inclinada que registrou a PPG do dedo e da testa junto com um ECG, o meio da subida, o máximo da primeira derivada e a interseção de tangentes deram os intervalos PP mais próximos dos intervalos RR, enquanto o pico e o simples ponto da base concordaram menos (Peralta e colaboradores, 2019). Um estudo no lóbulo da orelha que comparou seis métodos considerou a interseção de tangentes o melhor, com uma raiz da diferença quadrática média em relação ao intervalo RR de 5,69 ms (Hemon e Phillips, 2015). O mesmo conjunto de ideias explica um achado de trabalhos sobre pressão arterial sem manguito: apertar mais o sensor desloca o instante do pico cerca de duas vezes mais do que o instante da base (Block e colaboradores, 2020, citando o estudo anterior deles).

A interpolação ajuda nesta etapa. Em vez de usar o instante de amostragem mais próximo do ponto de referência, o detector ajusta uma pequena curva pelas amostras ao redor e lê o ponto entre dois instantes. Para uma onda larga que abrange várias amostras, isso recupera a maior parte da precisão perdida.

5. A série de intervalos

Subtraia o instante de cada pulsação do instante da seguinte e você tem a série PP: um número por batimento, em milissegundos. Todo erro das etapas 1 a 4 já está dentro desses números. Uma pulsação marcada com 5 ms de atraso deixa um intervalo 5 ms longo demais e o seguinte 5 ms curto demais.

6. Limpeza e preenchimento de lacunas

Algumas pulsações não são detectadas, durante o movimento ou quando um batimento prematuro batimento prematuro Batimento ectópico Batimento que se origina fora do marca-passo natural do coração e costuma chegar antes da hora. É comum, mas distorce a VFC se não for removido ou corrigido. Mais sobre Batimento ectópico bombeia pouco sangue. Algumas pulsações falsas são encontradas, quando um passo ou um espasmo muscular se parece com um batimento. O firmware precisa reparar a série antes de calcular qualquer coisa. As regras típicas descartam uma pulsação que vem cedo demais para ser real depois da anterior, preenchem uma lacuna longa com batimentos igualmente espaçados e substituem um intervalo que difere demais dos vizinhos por uma média local. Os padrões de VFC exigem que batimentos anormais e artefatos artefatos Artefato Um erro em um registro de batimentos, como um batimento perdido, extra ou marcado no momento errado, muitas vezes causado por movimento ou por mau contato do sensor. Artefatos podem distorcer muito os valores de VFC. Mais sobre Artefato sejam tratados antes da análise (Task Force, 1996), e o próprio método de edição altera os resultados (Peltola, 2012). Apagar intervalos junta batimentos que nunca foram vizinhos; preenchê-los suaviza a série.

O custo: cada batimento preenchido ou substituído é um palpite, em geral suave, então reduz a variação de batimento a batimento onde está. As lacunas também prejudicam. Em 20 voluntários saudáveis, os intervalos entre batimentos do Apple Watch tiveram, em média, cinco lacunas por registro, cada uma com cerca de 6,5 segundos. As medidas no domínio do tempo não foram afetadas de modo significativo, mas a potência LF potência LF Potência LF A variância dos intervalos entre batimentos que cai na banda de 0,04 a 0,15 Hz, em ms²: ritmos que se repetem a cada 7 a 25 segundos. Já foi lida como atividade simpática, leitura hoje contestada. Mais sobre Potência LF (baixa frequência) e a HF HF Potência HF A variância dos intervalos entre os batimentos que cai na banda de 0,15 a 0,40 Hz, em ms²: a faixa da respiração normal. Reflete principalmente a atividade vagal quando a respiração é de 9 a 24 por minuto. Mais sobre Potência HF (alta frequência) ficaram significativamente menores (Hernando e colaboradores, 2018).

7. A janela e o número

Por fim, o firmware escolhe qual trecho de dados usar e aplica uma fórmula. A maioria dos relógios e anéis não calcula a VFC a partir de todos os batimentos do dia. Eles pegam janelas curtas à noite ou em repouso, tiram a média delas e mostram um valor; cada marca escolhe de um jeito, como descrevem a VFC por aparelho e a aula Por que os dispositivos discordam sobre a VFC. Janelas curtas têm menos batimentos, então alguns batimentos ruins pesam mais.

Seis fontes de erro de temporização

Cada esboço abaixo corresponde a uma das seis causas da lista numerada que vem depois dele.

1. 1 Amostragem

   Cada pulso é arredondado para o instante mais próximo, com erro de até metade do espaço entre dois instantes.

2. 2 O ponto de referência

   O ruído desloca com facilidade um pico largo e achatado; uma subida íngreme, não.

3. 3 Tempo de trânsito

   A respiração, a pressão arterial e a postura mudam, batimento a batimento, o atraso do coração até o sensor.

4. 4 Movimento

   O movimento do braço e do punho produz oscilações muito maiores que o pulso.

5. 5 Pulsação fraca

   O pulso diminui enquanto o ruído do sensor continua o mesmo; por isso todo ponto de referência oscila mais.

6. 6 Batimentos perdidos e extras

   Cada um força um reparo, e cada reparo é um palpite.

Seis esboços pequenos. 1, Amostragem: pontos sobre um pulso, separados por algumas dezenas de milissegundos; nenhum cai no pico, e o mais próximo erra por uma fração do espaço entre dois pontos. 2, O ponto de referência: um pulso com um trecho largo no topo plano e um trecho estreito na subida íngreme, mostrando quanto o mesmo ruído desloca cada ponto no tempo. 3, Tempo de trânsito: picos de ECG acima de ondas de pulso; o atraso entre cada pico e o seu pulso é um pouco diferente a cada batimento. 4, Movimento: um trecho parado com pulsos pequenos, seguido de oscilações muito maiores que o pulso. 5, Pulsação fraca: um pulso pequeno e ruidoso sob o contorno tracejado de um pulso forte, com maior dispersão no instante medido de cada batimento. 6, Batimentos perdidos e extras: marcas acima de pulsos detectados; um pulso pequeno fica sem marca, e um tremor no sinal entre dois batimentos recebe uma marca a mais.

Cada etapa acima acrescenta um erro próprio. Agrupadas por causa:

1. Amostragem. O arredondamento de cada pulsação para o instante mais próximo, de até metade do intervalo entre instantes. Um estudo-piloto que reduziu a taxa de uma PPG registrada a 10.000 amostras por segundo não encontrou nenhuma medida que diferisse significativamente da VFC por ECG acima de 25 Hz. Abaixo disso, o pNN50 pNN50 pNN50 Percentual de intervalos NN vizinhos que diferem em mais de 50 milissegundos. Acompanha as mudanças rápidas de origem vagal, como o RMSSD, mas como proporção, e não como tamanho. Mais sobre pNN50 foi o primeiro a falhar (a 20 Hz ou menos) e o RMSSD RMSSD RMSSD Raiz quadrada da média dos quadrados das diferenças sucessivas: medida de VFC calculada a partir de quanto cada intervalo entre batimentos difere do seguinte, em milissegundos. Reflete principalmente a atividade vagal. Mais sobre RMSSD em seguida (a 15 Hz ou menos), enquanto o intervalo médio e as potências VLF VLF Potência VLF Variância dos intervalos entre batimentos na banda de 0,003 a 0,04 Hz, em ms²: ritmos que se repetem a cada 25 s a 5 min. Exige ao menos 5 minutos de registro e é melhor avaliada em 24 horas. Mais sobre Potência VLF e LF se mantiveram em todas as taxas testadas (Choi e Shin, 2017). Um estudo com 57 registros de cinco minutos traçou um limite mais rígido: o RMSSD ficou a até 5% do valor obtido a 1.000 Hz até 50 amostras por segundo sem interpolação, e até 20 com ela; a frequência de pulso média ficou a até 0,05% do valor de referência com 5 amostras por segundo (Béres e Hejjel, 2021).
2. O ponto de referência. O ruído desloca facilmente um pico largo e achatado; uma subida íngreme, não (Peralta e colaboradores, 2019).
3. Tempo de trânsito. A respiração, a pressão arterial e a postura mudam, batimento a batimento, o atraso do coração até o sensor (Drinnan e colaboradores, 2001; Mukkamala e colaboradores, 2015). Isso acrescenta variabilidade que vem dos vasos. Alguns pesquisadores a veem como um defeito da PRV; outros, como informação extra sobre a circulação (Mejía-Mejía e colaboradores, 2020).
4. Movimento. O movimento do braço e do pulso desloca o sensor e empurra o sangue, produzindo oscilações muito maiores do que a pulsação. Em um estudo com dispositivos vestíveis comerciais e de nível de pesquisa, o erro da frequência cardíaca durante a atividade foi, em média, 30% maior do que em repouso (Bent e colaboradores, 2020), e a VFC, que precisa de todos os batimentos, sofre muito mais do que a frequência cardíaca.
5. Pulsação fraca. Mãos frias, um ajuste frouxo ou pouco fluxo de sangue na pele reduzem a pulsação enquanto o ruído do sensor continua o mesmo. Todo ponto de referência passa então a oscilar mais. Em um estudo de exposição ao frio, a PRV do dedo da mão e do dedo do pé respondeu de modo diferente da VFC do ECG, mais do que a PRV da orelha (Mejía-Mejía e colaboradores, Frontiers in Physiology, 2020).
6. Batimentos perdidos e extras. Cada um força um reparo, e cada reparo é um palpite (Peltola, 2012; Hernando e colaboradores, 2018).

Experimente: um batimento, dois sensores

O explorador abaixo é um modelo didático dessas etapas. Cinco minutos de batimentos sintéticos em repouso são marcados duas vezes: por um ECG e por um sensor de pulso simulado, que enxerga uma onda de pulso cerca de 200 ms mais tarde, amostra essa onda, a suaviza, encontra um ponto em cada pulsação e limpa a série. Todo parâmetro de VFC é então calculado a partir dos dois, com o mesmo código da Calculadora de VFC do site.

ECG e PPG, batimento a batimento

Batimentos sintéticos, não um registro

Cinta peitoral (ECG) em cima, relógio (PPG) embaixo Pico R Ponto medido Preenchido

ECG PPG

0 s 5 s

Atraso, do pico R ao ponto medido

327 ms

Faixa do atraso em 5 min

28 ms

Resolução temporal

±7,8 ms

Batimentos corrigidos

0

A 64 Hz, medindo o pico, cada intervalo de pulso difere do intervalo correspondente do ECG em 7,8 ms (desvio padrão). Diferença da PPG em relação ao ECG: RMSSD +11,4%, potência HF +20,7% e frequência cardíaca média 0,0%.

Taxa de amostragem 64 Hz, uma amostra a cada 15,6 ms 255064100128250500

Ponto medido em cada pulso

Base Subida mais íngreme Pico

Efeito da respiração no tempo de trânsito

Desligado Típico Forte

Movimento

Sem movimento Leve Caminhando

Intensidade do pulso

Normal Fraco (mãos frias)

Interpolar entre as amostras

Primeiros cinco batimentos

Batimento	RR no ECG ms	PP na PPG ms	Diferença ms
1	859	859	0
2	863	875	12
3	840	828	−12
4	799	813	14
5	822	813	−9

Cinco minutos, PPG em comparação com o ECG

Parâmetro	ECG	PPG	Diferença
FC média bpm	68,1	68,1	0,0%
SDNN ms	35,6	36,9	+3,7%
RMSSD ms	30,0	33,4	+11,4%
pNN50 %	9,4	9,1	−3,1%
SD1 ms	21,2	23,6	+11,4%
SD2 ms	45,6	46,5	+1,9%
LF ms²	422	427	+1,1%
HF ms²	334	403	+20,7%
LF/HF	1,26	1,06	−16,2%
DFA α1	0,91	0,87	−4,6%
SampEn	1,97	1,93	−1,7%

As barras partem do centro e param em ±50%. Âmbar significa que o relógio mostra um valor maior que o do ECG; verde, menor. As linhas âmbar da tabela de batimentos foram preenchidas ou tiveram o instante refeito pela correção.

Os controles funcionam quando o JavaScript está ativado.

Dois traçados nos primeiros 5 segundos: um ECG com um pico R alto e estreito por batimento e, abaixo dele, uma PPG com um pulso arredondado por batimento, que começa cerca de 200 milissegundos depois de cada pico R. Linhas tracejadas descem de cada pico R e marcas curtas indicam o ponto medido em cada pulso. Indicadores mostram o atraso médio do pico R até esse ponto, quanto o atraso varia, a resolução temporal do sensor e quantos batimentos a correção alterou. Uma tabela lista os cinco primeiros intervalos entre batimentos do ECG e da PPG e a diferença entre eles em milissegundos. Uma segunda tabela lista onze parâmetros de VFC obtidos em cinco minutos de ambos, com a diferença da PPG em porcentagem e uma pequena barra. Com os ajustes iniciais (64 Hz, o pico, sem interpolação, respiração típica, sem movimento), as diferenças são: FC média 68,1 no ECG, 68,1 na PPG, 0,0%; SDNN 35,6 no ECG, 36,9 na PPG, +3,7%; RMSSD 30,0 no ECG, 33,4 na PPG, +11,4%; pNN50 9,4 no ECG, 9,1 na PPG, −3,1%; SD1 21,2 no ECG, 23,6 na PPG, +11,4%; SD2 45,6 no ECG, 46,5 na PPG, +1,9%; LF 422 no ECG, 427 na PPG, +1,1%; HF 334 no ECG, 403 na PPG, +20,7%; LF/HF 1,26 no ECG, 1,06 na PPG, −16,2%; DFA α1 0,91 no ECG, 0,87 na PPG, −4,6%; SampEn 1,97 no ECG, 1,93 na PPG, −1,7%. Um controle deslizante define a taxa de amostragem de 25 a 500 Hz. Botões de opção escolhem o ponto medido em cada pulso, o efeito da respiração no tempo de trânsito, o movimento e a intensidade do pulso, e uma caixa de seleção ativa a interpolação entre as amostras.

Coisas para experimentar:

• Comece em 64 Hz no pico. O RMSSD e a HF indicam valores cerca de um décimo a um quinto acima do real; a frequência cardíaca média frequência cardíaca média RR médio O tempo médio entre os batimentos em um registro, em milissegundos. A frequência cardíaca é o mesmo valor invertido: 60.000 dividido pelo RR médio. Mais sobre RR médio não muda.
• Baixe para 25 Hz. O RMSSD sobe um terço ou mais, o pNN50 e a HF o acompanham, e o DFA α1 DFA α1 DFA α1 Expoente de escala de curto prazo da análise de flutuações destendenciadas. Perto de 1, os batimentos têm memória em todas as escalas; perto de 0,5, comportam-se como ruído. O α2 é a mesma inclinação em trechos mais longos. Mais sobre DFA α1 (expoente α1 da análise de flutuações destendenciadas) cai. Agora ative a interpolação e veja boa parte disso voltar.
• Passe do pico para a subida mais íngreme ou para a base a 250 Hz. O erro dos intervalos diminui.
• Ajuste a respiração para forte, com todo o resto ideal. Só a oscilação do tempo de trânsito já infla o RMSSD e a HF, enquanto a LF não muda.
• Escolha a caminhada. O firmware perde e inventa batimentos, a etapa de limpeza adivinha, e todas as medidas de batimento a batimento deixam de ser confiáveis, enquanto a frequência cardíaca média erra apenas alguns décimos por cento.

O modelo é uma simplificação. Sensores reais filtram de outro jeito, o tempo de trânsito real varia de maneiras mais complicadas e as regras reais de limpeza não são divulgadas. Leia os valores dele como direções e ordens de grandeza, não como uma previsão para o seu aparelho.

Quais parâmetros de VFC sofrem, e por quê

O gráfico abaixo condensa a tabela mais adiante nesta seção: quanto mais segmentos preenchidos, mais o erro de temporização da PPG altera aquela medida.

Medida Muito baixa Alta

Domínio do tempo

• Frequência cardíaca média : Muito baixa
• SDNN (5 minutos ou mais) : Baixa a moderada (mecanismo)
• RMSSD : Alta (mecanismo)
• pNN50 : Alta e errática (mecanismo)

Gráfico de Poincaré

• SD1 : Alta (mecanismo)
• SD2 : Baixa (mecanismo)

Domínio da frequência

• Potência HF : Alta
• Potência LF : Baixa pelo jitter, moderada pelas lacunas (mecanismo)
• LF/HF : Moderada a alta (mecanismo)

Não lineares

• DFA α1 : Moderada (mecanismo)
• Entropia amostral e entropia aproximada : Moderada, direção variável (mecanismo)

Sensibilidade Extremo superior de uma faixa Não atingido

Um gráfico com uma linha por medida de VFC, agrupadas em domínio do tempo, gráfico de Poincaré, domínio da frequência e medidas não lineares. Cada linha tem uma barra de quatro segmentos, de sensibilidade muito baixa a alta, e as palavras da tabela para aquela linha.

Duas ideias explicam a maior parte da tabela abaixo.

A primeira é que o erro de temporização é em grande parte aleatório de uma pulsação para a seguinte. Uma pulsação marcada um pouco atrasada deixa um intervalo mais longo e o seguinte mais curto, então o erro cai em cheio sobre as diferenças de batimento a batimento. Se o instante de cada pulsação erra por uma quantidade aleatória com desvio padrão σ, cada diferença sucessiva erra com uma variância de 6σ², e o RMSSD cresce aproximadamente assim:

$$\text{RMSSD}_{\text{PPG}}^2 \approx \text{RMSSD}_{\text{ECG}}^2 + 6\sigma^2$$

Leia assim: o ruído de temporização ao quadrado se soma ao RMSSD ao quadrado. Com σ = 5 ms, 6σ² é 150 ms². Um RMSSD verdadeiro de 30 ms passa então a aparecer como cerca de 32 ms, 8% acima; um RMSSD verdadeiro de 15 ms aparece como cerca de 19 ms, quase 30% acima. O mesmo erro de temporização pesa mais em quem tem VFC baixa. Esta fórmula é uma dedução nossa a partir da definição de RMSSD, supondo erros independentes, e é um mecanismo, não um resultado publicado.

A segunda ideia é sobre frequência. O erro aleatório nos instantes das pulsações vira, nos intervalos, um erro rápido em ziguezague, que no espectro fica sobretudo na banda de alta frequência, a banda onde está a variação ligada à respiração. Os ritmos lentos, como a banda LF, e as derivas lentas mal o percebem.

“Mecanismo” indica um raciocínio a partir de como a medida é construída, e não um resultado medido. Na prática, a limpeza feita pelo firmware e a escolha da janela costumam importar tanto quanto o sensor, então um aparelho pode se sair pior ou melhor do que esta tabela prevê.

O que a evidência diz

Estatísticas de concordância em palavras simples

Os estudos de validação comparam um dispositivo com uma referência, em geral um ECG, nas mesmas pessoas e ao mesmo tempo. A correlação sozinha engana, porque dois métodos podem subir e descer juntos e ainda assim discordar muito (Bland e Altman, 1986). O resumo usual é uma análise de Bland-Altman:

• O viés médio é a diferença média entre o dispositivo e a referência. Um viés de +3 ms significa que o dispositivo indica, em média, 3 ms a mais.
• Os limites de concordância são a faixa dentro da qual ficam 95% das diferenças individuais, o viés mais ou menos cerca de dois desvios padrão. Limites largos significam que, mesmo sem viés médio, uma medição isolada pode estar bem errada.

Muitos estudos de dispositivos vestíveis também apresentam o erro percentual absoluto médio (MAPE) e um coeficiente de concordância (CCC); a VFC por aparelho os explica.

Em repouso e durante o sono

Corpos parados dão os melhores resultados.

• Uma revisão de estudos que compararam a PRV com a VFC considerou a PRV precisa o bastante em repouso, embora muitos estudos tenham encontrado a variabilidade de curto prazo um tanto superestimada, o que os autores atribuíram à ação da respiração sobre a circulação (Schäfer e Vagedes, 2013).
• Em 17 jovens em mesa inclinada, as medidas de PRV e de VFC não diferiram significativamente e tiveram correlação acima de 0,97; as diferenças que restaram estavam sobretudo na banda HF (Gil e colaboradores, 2010).
• A PRV funcionou bem como substituta da VFC em pessoas saudáveis em repouso, com correlações acima de 82%, mas menos bem depois do exercício e em pessoas com doença cardíaca, sobretudo nas medidas de frequência (Pinheiro e colaboradores, 2016).
• À noite, comparados com um ECG de cinta peitoral, em 13 adultos saudáveis ao longo de 536 noites: o Oura Ring Gen 4 teve CCC de 0,99 e MAPE de 5,96% para o RMSSD, o Oura Gen 3, 0,97 e 7,15%, a WHOOP 4.0, 0,94 e 8,17%, o Garmin Fenix 6, 0,87 e 10,52%, e o Polar Grit X Pro, 0,82 e 16,32% (Dial e colaboradores, 2025).
• Em 35 adultos saudáveis em casa, um anel Oura mediu com precisão a frequência cardíaca noturna e o RMSSD, tanto em janelas de 5 minutos quanto como média da noite, na avaliação dos autores, embora o RMSSD dele tenha ficado em média cerca de 15 ms abaixo do ECG. O SDNN, o pNN50 e a HF só foram aceitáveis como médias da noite, e a LF e a LF/HF tiveram erro alto em qualquer caso (Cao e colaboradores, 2022).
• Em 53 adultos em um laboratório do sono, a WHOOP 3.0, cuja fabricante forneceu os intervalos brutos entre batimentos, concordou quase perfeitamente com o ECG (correlação intraclasse de 0,99, subestimação média de 4,5 ms). O Apple Watch, o Polar e o Oura, com processamento próprio, tiveram boa concordância (0,63 a 0,67), e um teste de 3 minutos da Garmin feito com os participantes acordados teve concordância ruim (0,24). Vários dispositivos superestimaram VFCs baixas e subestimaram VFCs altas (Miller e colaboradores, 2022).

Cinta, anel, pulso e câmera, lado a lado

Em um estudo com cinco adultos jovens e 148 testes em repouso, comparados com um ECG de múltiplas derivações, o mesmo aplicativo teve erro médio do RMSSD de 4,10% com uma cinta peitoral Polar H10 e de 9,43% com a câmera do celular. Um anel Oura teve 6,84%, e outro sistema de cinta peitoral, em um teste de três minutos, teve 11,27% (Stone e colaboradores, 2021). Em 29 pessoas saudáveis em repouso, a PPG do celular e uma cinta peitoral concordaram de forma aceitável com um ECG para o RMSSD (Plews e colaboradores, 2017). O sensor é um fator entre vários; a duração do registro e o processamento também contam. A VFC pela ponta do dedo trata em mais detalhe das câmeras de celular, dos clipes de dedo e dos anéis.

Com movimento

As cintas peitorais resistem bem. Avaliada pelo traçado bruto do ECG, uma cinta Polar H10 marcou corretamente o instante de 99,6% dos batimentos em atividades de leves a intensas, e de 99,4% durante exercício de alta intensidade (Gilgen-Ammann e colaboradores, 2019). Os sensores ópticos, não: a atividade física e alguns estressores mentais fizeram a PRV concordar muito pior com a VFC, muitas vezes de modo inaceitável (Schäfer e Vagedes, 2013). Esse é o principal motivo de a maioria dos dispositivos vestíveis medir a VFC durante o sono.

O debate na internet, com imparcialidade

Dois grupos discutem a VFC de dispositivos vestíveis na internet.

“PRV não é VFC.” Esse lado tem razão sobre a física. Um dispositivo de PPG mede a pulsação na pele, e esse sinal carrega mudanças do tempo de trânsito, do tônus dos vasos e da forma da onda além do ritmo do coração. As revisões concluem que a PRV não deve ser tratada como substituta válida da VFC em todas as situações (Mejía-Mejía e colaboradores, 2020), e a diferença aumenta com movimento, estresse, frio, exercício e doença cardíaca (Schäfer e Vagedes, 2013; Pinheiro e colaboradores, 2016).

“Perto o bastante em repouso.” Esse lado tem razão sobre a prática. Para uma pessoa saudável e parada, sobretudo em média ao longo de uma noite, os melhores dispositivos ficam a poucos milissegundos de um ECG, em média (Dial e colaboradores, 2025), e isso é pouco perto das mudanças de uma noite para a outra que a maioria das pessoas acompanha.

Os dois lados podem ter razão ao mesmo tempo. A diferença importa quando:

• você precisa de precisão de batimento a batimento, como em medições curtas isoladas, no pNN50, na potência HF ou no DFA α1;
• você mede durante ou logo depois do exercício;
• o ritmo cardíaco é irregular, com batimentos extras frequentes ou fibrilação atrial, porque esses batimentos muitas vezes são perdidos ou suavizados;
• você faz pesquisa, ou compara valores entre aparelhos ou com valores normativos publicados.

Importa muito menos quando você acompanha o próprio RMSSD noturno no mesmo aparelho, usado do mesmo jeito, noite após noite. Um aparelho que indica 3 ms a mais todas as noites ainda mostra para que lado os valores estão indo.

O que fazer

• Use um só aparelho e compare-o apenas com ele mesmo. Cada marca tem sensor, ponto de referência, limpeza e janela próprios, então os valores absolutos de dois aparelhos não são intercambiáveis.
• Leia tendências, e não valores isolados. Médias noturnas são mais confiáveis do que uma única medição curta.
• Use uma cinta peitoral para medições curtas de manhã, para qualquer coisa em torno do exercício e para pesquisa. Ela marca o instante da onda R elétrica e se mantém durante o movimento.
• Ajude o sensor óptico. Use-o bem justo, não se mexa nas medições pontuais e aqueça antes as mãos frias.
• Tenha cuidado com medidas refinadas de um dispositivo vestível. Trate o pNN50, a HF, a LF/HF e o DFA α1 de um relógio como aproximados.
• Se os batimentos parecerem irregulares, procure um médico. Nenhum dos dois aparelhos é um ECG diagnóstico.

Para o resumo da evidência em termos simples, leia O pulso mede a VFC tão bem quanto a cinta peitoral? Para ver o que cada marca mostra, leia a VFC por aparelho.