Apple iWatch: optische sensoren voor zuurstof- en hartslagmeting

Hoe kan Apple zich met de iWatch onderscheiden van al bestaande horloges? In deze meerdelige serie kijken we hoe Apple het verschil kan maken. In deel 1: optische sensoren, die noninvasive zijn. Noninvasive betekent simpelweg dat je je hartslag, zuurstofgehalte, bloeddruk, bloedsuiker en allerlei andere lichaamswaarden op een simpele manier zou kunnen meten, zonder in je vinger te prikken of een drukmanchet om te doen. Dit woord zal verderop in dit artikel nog regelmatig terugkeren, want optische sensoren blinken hierin uit.

Om het begrip in een wat bredere context te plaatsen: er bestaat ook minimaal-invasieve chirurgie, waarbij een zo klein mogelijk sneetje wordt gemaakt om een patiënt te opereren. Wat Apple gaat doen met de iWatch heeft natuurlijk niets te maken met chirurgie of met medische toepassingen, maar meer met fitnesstoepassingen om je gezonder te laten leven. De doorgaans betrouwbare analist Ming-Chi Kuo van KGI Securities voorspelde in mei 2013 al dat de iWatch allerlei biometrische sensoren zou bevatten. Die voorspelling lijkt werkelijkheid te worden.

Basis vs iWatch

Dat de iWatch biometrische sensoren bevat, daar zijn veel deskundigen en commentatoren inmiddels wel van overtuigd. Het bewijs is vooral te vinden in het grote aantal fitness- en sensor-experts dat Apple het afgelopen jaar in dienst heeft genomen. Die insteek is nieuw, want huidige smartwatches zoals de Pebble richten zich vooral op notificaties en niet op gezondheidsfuncties.

Het enige populaire horloge met gezondheidsfuncties is het hierboven afgebeelde Basis-horloge, dat continu je hartslag in de gaten houdt en ook als slaaptracker dienst doet. Maar dat horloge wordt nog vooral aan early adopters verkocht, mensen die geen moeite hebben om hun spullen uit de VS te halen. Voor de gewone Nederlander die z’n spullen liever bij Dixons of Mediamarkt koopt, is het Basis-horloge ($200) geen haalbare optie: teveel gedoe om te kopen.

Meten zonder te prikken

Apple’s iWatch gaat mogelijk gebruik maken van opto-elektronische sensoren om fysieke lichaamswaarden zoals hartslag en zuurstofniveau te meten. Analist Sun Chang Xu zei dat in een interview met de Chinese site Electrical Engineering Times. Een gekke gedachte is dat niet, want afgelopen week werd bekend dat Apple sensorexpert Marcelo Lamego in dienst heeft genomen. Deze man studeerde aan Stanford, werkte acht jaar bij het bedrijf Cercator (dat een noninvasive hemoglobinemeter ontwikkelt) en maakte in januari 2014 de overstap naar Apple.

Lamego werkte ook vier jaar lang voor Masimo, een bedrijf dat onderstaande Masimo Rainbow vingersensor ontwikkelde. Ook bij Masimo wordt gewerkt aan hemoglobinemeting (het eiwit dat bloed de kenmerkende rode kleur geeft). Lamego heeft meer dan 70 patenten op zijn naam staan, gericht op sensoren en het in controleren van de fysieke conditie van patiënten. Lamego gaf leiding aan de ontwikkeling van Masimo’s Rainbow-technologie. Dit is een (alweer!) noninvasive oplossing om de bloedsamenstelling te meten. Voorheen waren voor die metingen complexe of vervelende procedures nodig.

Je plaatst de Masimo Rainbow op de vingertop van de patiënt, waarna het apparaat het zuurstofgehalte en het gehalte aan hemoglobine, carboxyhemoglobine en methoemoglobine (bloedgas) kan meten. Handig! Want normaal gesproken moet je daarvoor bloedprikken. Masimo gebruikt zeven verschillende golflengten licht om de samenstelling van het bloed te analyseren. Daarbij wordt gekeken naar lichtabsorptie.

Opto-elektronica

Opto-elektronica is dus het antwoord. “Dit is een wetenschappelijk/technische discipline die zich bezighoudt met de wisselwerking tussen licht (fotonen) en elektronen (elektronica)”, aldus Wikipedia. “Het gaat dus om elementen die elektrische stroom omzetten in licht (lichtbron) en elementen die licht omzetten in elektrische stroom (lichtdetector).” Bij de iWatch zou het gaan om zuurstofniveau- en hartslagmeting. De optische sensoren, die al worden gebruikt in medische toepassingen, zijn een logische keuze en de technische ontwikkelingen maken het mogelijk om ook in een consumentenaccessoire toe te passen.

Zie ook: 5 functies die wij op een Apple iWatch willen zien.

Normaal gesproken moet je deze apparaatjes op je vingertop of op een oorlel plaatsen, omdat deze lichaamsdelen dun genoeg zijn om er een lichtbundel doorheen te laten schijnen. Door licht met twee golflengtes door de huid te schijnen kan worden gemeten hoe het licht wordt geabsorbeerd. Daaruit is de zuurstofverzadiging in het bloed af te leiden.

Het is maar de vraag of Apple ook kiest voor een sensor waar je je vingertop op moet leggen, of kiest voor een nieuwe oplossing, verwerkt in een armband/iWatch. Voor het meten van de hartslag was vroeger een borstband nodig (een typisch geval van een invasive oplossing, niet prettig om te dragen). Maar met huidige sporthorloges zoals het TomTom Multi-Sport GPS-horloge (zie foto) lukt het ook op je pols. De nieuwste ontwikkeling zijn oordopjes waarmee je je hartslag kunt meten: Intel liet ze zien op CES 2014 en de HRM Earphone van LG kan het ook. Voorzover we weten heeft Apple geen patenten waarin zo’n oplossing wordt beschreven, maar ze denken al wel een tijdlang na over het herkennen van gebruikers op basis van hartslag.