ВСР по пальцу: камера, пульсоксиметр и кольца

Подушечка пальца — одно из самых удобных мест на теле, чтобы считывать пульс светом. Камера телефона, пульсоксиметр-клипса и умное кольцо используют палец, и в покое каждое из них определяет моменты ударов достаточно точно, чтобы оценить ВСР. О том, как вообще устроено оптическое измерение пульса — фотоплетизмография фотоплетизмография ФПГ Оптический метод: свет направляют в кожу и улавливают пульсацию крови при каждом ударе сердца. Большинство часов, колец и приложений с камерой телефона оценивают по ней ВСР. Подробнее: ФПГ (ФПГ, англ. PPG), читайте в материале ФПГ: как часы считывают пульс.

Почему именно кончик пальца

Кончик пальца пронизан мелкими сосудами прямо под кожей. Каждый удар сердца проталкивает в них немного дополнительной крови, а кровь поглощает свет, поэтому свет, возвращающийся от пальца, слабеет один раз за удар. Датчики ФПГ считывают эти колебания объёма крови в мелких сосудах (Allen, 2007).

Палец даёт более сильный пульс, чем большинство других мест. В исследовании с участием 36 здоровых взрослых ФПГ записывали в шести точках: на пальце, внутренней и внешней стороне запястья, руке, мочке уха и лбу. Из шести точек у пальца пульс был самым большим, а доля волн, достаточно чётких для анализа, самой высокой (Hartmann и коллеги, 2019).

Датчики на пальце устроены по одной из двух схем:

• На просвет. Источник света находится по одну сторону пальца, датчик — по другую, и свет проходит насквозь. Так работает пульсоксиметр-клипса, который применяют в клиниках и продают для дома.
• На отражение. Источник света и датчик расположены рядом, и датчик ловит свет, рассеянный обратно из кожи. Так работают камера телефона со вспышкой и кольцо.

1. Вспышка: светодиод освещает кончик пальца снизу
2. Свет рассеивается в коже и её мелких сосудах, и часть его выходит обратно
3. Объектив камеры: яркость каждого кадра становится одним отсчётом
4. Каждый удар сердца немного приглушает свет: одна пульсовая волна на удар
5. Кольцо: светодиод и датчик рядом у основания пальца (отражение)
6. Пальцевая клипса: свет проходит сквозь кончик пальца к датчику с другой стороны (пропускание)

Два рисунка сбоку. На первом кончик пальца лежит на задней стенке телефона и закрывает объектив камеры и вспышку. Изогнутая стрелка идёт от вспышки вверх в кончик пальца, проходит через несколько мелких сосудов и возвращается вниз в объектив. Над пальцем небольшая волна с тремя выступами показывает пульсовую волну, которую записывает камера. На втором рисунке показан палец целиком. У его основания надето кольцо, на внутренней стороне ободка рядом расположены светодиод и датчик, между ними короткая изогнутая стрелка. Клипса закрывает кончик пальца: светодиод в верхней части, датчик в нижней, а прямая стрелка идёт от светодиода вниз сквозь палец к датчику.

Как камера телефона считывает пульс

Когда вы закрываете кончиком пальца заднюю камеру и вспышку, вспышка освещает кожу, а камера снимает возвращающееся свечение. Изображение — красное пятно, потому что красный свет глубже всего проходит через кожу. Сама картинка приложению не нужна. Для каждого кадра видео оно усредняет яркость в центре изображения, обычно в красном цветовом канале, иногда в зелёном, и сохраняет одно это число.

Из этих чисел складывается пульсовая волна. Приложение убирает медленный дрейф, находит вершину каждого импульса и измеряет время от одной вершины до следующей. Эти промежутки между пульсовыми волнами заменяют промежутки между ударами на ЭКГ ЭКГ ЭКГ Запись электрической активности сердца с помощью электродов на коже. RR-интервалы, полученные по ЭКГ, — эталонный метод измерения ВСР. Подробнее: ЭКГ , а формула вроде RMSSD RMSSD RMSSD Среднеквадратичное значение разностей соседних NN-интервалов: показатель ВСР в миллисекундах, построенный на том, насколько каждый интервал между ударами отличается от следующего. В основном отражает активность блуждающего нерва. Подробнее: RMSSD превращает их в число ВСР. Строго говоря, пульсовой датчик измеряет вариабельность пульса вариабельность пульса Вариабельность пульса Изменчивость времени между ударами пульса, которую оптически измеряют часы, кольца и камеры телефонов. В покое она близко следует за ВСР, а при движении расходится с ней. Подробнее: Вариабельность пульса (PRV), которая в покое близка к ВСР (Schäfer и Vagedes, 2013). Саму ВСР определяют по ЭКГ, клиническому эталону, описанному в материале ЭКГ и 24-часовая ВСР по Холтеру.

Частота кадров — это частота дискретизации

Камера даёт один отсчёт яркости на кадр, поэтому частота кадров определяет, насколько точно можно определить момент каждой вершины. Большинство телефонов снимают 30 кадров в секунду, то есть 33 мс между отсчётами; некоторые снимают 60, и промежуток вдвое короче. RMSSD строится на разностях в несколько десятков миллисекунд между соседними ударами, поэтому шаг 33 мс грубоват. Программа может сработать точнее, чем исходные кадры: провести небольшую кривую через отсчёты вокруг каждой вершины и поместить вершину между кадрами. Насколько это важно, показывает раздел о частоте дискретизации в руководстве по ФПГ.

Ещё две особенности камер добавляют ошибку. Кадры приходят не всегда через равные промежутки, а занятый телефон может задержать или пропустить кадр, поэтому приложение, которое считает промежутки идеально ровными, неверно определяет моменты ударов. Камеры также сами подстраивают экспозицию и цвет, из-за чего яркость может сдвигаться ступенями, не связанными с пульсом. В исследовании 2015 года, где проверяли приложение для Android, считывавшее 30 кадров в секунду, у людей в положении лёжа модель телефона значимо влияла на ошибку в интервалах между ударами (Guede-Fernandez и коллеги, 2015).

Измерение камерой на этом сайте запрашивает у браузера 30 кадров в секунду, использует метку времени каждого кадра, а не предполагает равные промежутки, и проводит кривую через верхушку каждого импульса, чтобы поместить его между кадрами.

Что показывают исследования

Почти все данные получены на небольших группах здоровых взрослых в покое.

• Пульс. Метаанализ 2018 года объединил 14 исследований приложений для камеры, измеряющих пульс. У взрослых в покое с нормальным ритмом приложения согласовывались с валидированным методом, корреляции были 0,90 и выше; у детей приложения проверены не были (De Ridder и коллеги, 2018). Обзор 2024 года, включивший 10 исследований, пришёл к тому же выводу для здоровых людей и указал, что все они проходили в строго контролируемых условиях (Mather и коллеги, 2024).
• ВСР у 30 взрослых. Peng и коллеги сравнили 16 показателей ВСР по камере телефона с ЭКГ. Четырнадцать, включая RMSSD, сильно коррелировали со значениями по ЭКГ, но лишь семь совпадали достаточно близко, чтобы заменять их, и RMSSD в число этих семи не вошёл (Peng и коллеги, 2015).
• RMSSD у 29 взрослых. Plews и коллеги записывали 5 минут в покое одновременно приложением для камеры телефона, нагрудным датчиком Polar H7 и ЭКГ. По сравнению с ЭКГ различия в RMSSD были пренебрежимо малыми и у камеры, и у датчика (Plews и коллеги, 2017).
• Медленное дыхание у 57 взрослых. Во время пяти 5-минутных упражнений на медленное дыхание значения lnRMSSD lnRMSSD lnRMSSD Натуральный логарифм RMSSD; единиц измерения нет. Логарифм сглаживает разброс значений RMSSD, поэтому изменения от дня ко дню проще сравнивать и анализировать. Подробнее: lnRMSSD и трёх других показателей по камере и по ЭКГ почти идеально совпадали, внутриклассовые корреляции были выше 0,90 (van Dijk и коллеги, 2023).
• Одно приложение, два результата. В проверке семи потребительских продуктов в 2021 году с участием пяти молодых людей приложение CameraHRV ошибалось по RMSSD в среднем на 112 %, а самые точные продукты — примерно на 4–7 % (Stone и коллеги, 2021). В исследовании 2026 года с участием 37 спортсменов то же приложение ошибалось в среднем на 17,5 % против 2,2 % у нагрудного датчика Polar H10, а повторные измерения у него были воспроизводимыми (Johansson и коллеги, 2026).

В целом камера в покое может приближаться к ЭКГ, если приложение хорошо обрабатывает сигнал, но хороший результат одного приложения или телефона не переносится на другие. У самой ФПГ на пальце долгая история: в исследовании 2008 года ФПГ на кончике пальца и ЭКГ давали совпадающую ВСР у 10 взрослых в покое за 5 минут (Selvaraj и коллеги, 2008). Все перечисленные исследования проверяли людей в покое. При физической активности ВСР по пульсу и по ЭКГ часто расходятся недопустимо сильно (Schäfer и Vagedes, 2013). Откуда берётся ошибка в определении моментов ударов и какие показатели она меняет сильнее всего, объясняет материал что ФПГ делает с числами ВСР.

Практические проблемы и как их избежать

Слишком сильное нажатие

Давление выдавливает кровь из мелких сосудов, за которыми следит камера. У 15 человек с датчиком на отражение на пальце пульс сначала рос, а затем уменьшался по мере роста силы контакта от 0,2 до 1,8 ньютона; у большинства самый большой пульс был при лёгком касании 0,2–0,4 ньютона (Teng и Zhang, 2004), что примерно соответствует весу 20–40 граммов. Сильное нажатие на яркую вспышку может также насытить красный канал, а насыщенный канал не показывает пульса вовсе. Кладите палец на объектив, не надавливая.

Холодные пальцы

Холод сужает сосуды кожи, и пульс уменьшается. У 16 человек местное охлаждение и согревание кожи меняло сигнал ФПГ (Jeong и коллеги, 2014). Сначала согрейте руки, например о тёплую кружку.

Движение

Небольшой сдвиг пальца или телефона меняет то, как свет проникает в кожу, и может заглушить пульс. Обопритесь рукой и телефоном о стол или колено, дышите обычно и не разговаривайте.

Вспышка нагревается

Вспышка горит всё измерение, и телефон вокруг камеры может нагреться. Если объектив горячий, остановитесь и попробуйте позже: горячее пятно заставляет ёрзать, а ёрзанье портит сигнал.

Какой палец

Чаще всего берут указательный. Важно, чтобы подушечка полностью закрывала и объектив, и вспышку, чтобы её можно было держать неподвижно без напряжения и чтобы вы каждый раз брали один и тот же палец.

Какой длины запись

Традиционная короткая запись — 5 минут. Для RMSSD в покое хватает гораздо меньшего: у 3387 взрослых один 10-секундный участок ЭКГ уже давал валидное значение RMSSD, а 2 минуты почти идеально совпадали с 5 минутами (Munoz и коллеги, 2015). В этом исследовании использовали ЭКГ. Камера определяет момент каждого удара менее точно и время от времени теряет удар, поэтому дайте ей не меньше 1 минуты, а лучше 2. Записи разной длины нельзя свободно сравнивать (Shaffer и Ginsberg, 2017), так что выберите одну длительность и придерживайтесь её.

Лёжа или сидя

Лягте или сядьте и каждый раз принимайте одно и то же положение, потому что в этих двух положениях ВСР разная. Многие измеряют в постели вскоре после пробуждения; в исследовании с участием 28 175 пользователей приложения результаты основывались на коротких измерениях телефоном сразу после пробуждения (Altini и Plews, 2021).

Клипсы и кольца

Пульсоксиметр-клипса надевается на кончик пальца. Источник света в одной створке пропускает через палец красный и инфракрасный свет, а датчик в другой створке измеряет, сколько его прошло. Пульсоксиметр создан, чтобы показывать насыщение крови кислородом и пульс, а ФПГ такого рода применяют во многих медицинских приборах для измерения кислорода (Allen, 2007). Большинство домашних пульсоксиметров показывают только эти числа, а не моменты отдельных ударов, поэтому для ВСР их используют редко. Исследовательские установки, записывающие пульсовую волну на кончике пальца, получают ВСР, близкую к ЭКГ в покое (Selvaraj и коллеги, 2008).

Умное кольцо считывает отражённый свет у основания пальца, а источники света и датчики находятся на внутренней стороне ободка. Кольца обычно хорошо работают ночью по трём причинам: хорошо севшее кольцо плотно прилегает к коже, палец хорошо снабжается кровью, а во сне рука подолгу остаётся неподвижной. У 49 взрослых средняя ночная ВСР по кольцу Oura очень близко совпадала с ЭКГ, средняя разность составила 1,2 мс (Kinnunen и коллеги, 2020). У 35 человек под наблюдением дома то же кольцо точно измеряло ночной RMSSD и по 5-минутным отрезкам, и как среднее за ночь (Cao и коллеги, 2022). В исследовании с участием 13 взрослых за 536 ночей две модели Oura по ночной ВСР совпадали с ЭКГ ближе, чем устройства WHOOP, Garmin и Polar (Dial и коллеги, 2025). Это небольшие исследования, и они не позволяют отделить положение кольца от программы производителя. Днём, когда руки заняты, кольцо во многом теряет это преимущество.

О том, как нагрудный датчик определяет момент каждого удара по электрическому сигналу сердца, читайте в материале как нагрудные датчики измеряют ВСР. Данные по устройствам — в материале ВСР в Oura, Whoop, Garmin и Apple Watch. О сравнении датчиков на запястье с нагрудным ЭКГ-датчиком — в материале насколько точна ВСР с запястья по сравнению с нагрудным датчиком?

Палец или запястье

У часов задача сложнее. Пульс на запястье слабее, чем на пальце (Hartmann и коллеги, 2019), часы лежат над сухожилиями, которые двигаются всякий раз, когда вы двигаете пальцами, а ремешок может соскальзывать. Поэтому часы измеряют ВСР в основном во сне.

Камера подходит для быстрого измерения без дополнительного устройства; кольцо или часы — для ночных данных без усилий. Сравнивайте любое из них только с ним самим.

Как правильно измерить ВСР камерой

1. Измеряйте в одно и то же время каждый день, лучше вскоре после пробуждения и до кофе и тренировки.
2. Согрейте руки, если они холодные.
3. Сядьте за стол или лягте — в том положении, которое будете принимать каждый раз.
4. Откройте измерение камерой на телефоне и разрешите доступ к камере. Вспышка включится, если браузер это позволяет; если нет, сядьте у яркой лампы.
5. Положите подушечку одного пальца на заднюю камеру и вспышку. Закройте обе полностью и не нажимайте. Окно предпросмотра должно светиться красным.
6. Обопритесь рукой и телефоном о стол или колено. Не двигайтесь, дышите обычно и не разговаривайте.
7. Записывайте 1 минуту, а если получится, 2. После того как измерение находит палец, оно ждёт 10 секунд и только потом начинает запись.
8. Если измерение сообщает о слабом или шумном сигнале, согрейте руку, ослабьте нажатие и попробуйте снова.

Измерение выполняется в браузере, а данные остаются на устройстве: каждый кадр сводится к среднему цвету прямо на телефоне, а изображение не сохраняется и не отправляется. Ничто не покидает устройство, если вы не войдёте в аккаунт и не решите сохранить результат, и тогда отправляются только RMSSD, средний пульс, время и отметка о том, какое измерение и какую длительность записи вы использовали.

Когда обратиться к врачу

Измерение с кончика пальца — оценка для повседневного контроля самочувствия. Оно не может объяснить, почему пульс неровный, и не может ни подтвердить, ни исключить нарушение сердечного ритма. Если вы часто ощущаете учащённое, трепещущее или неровное сердцебиение, либо у вас боль в груди, головокружение, обмороки или одышка, обратитесь к врачу.