Laura Juntunen
Kuntotestaaja
Osa 1: Liikunnan, unen ja hyvinvoinnin mittaamisen luotettavuus
Rannelaitteet (sykemittarit ja älykellot) ovat toiminnoissaan ottaneet viime vuosien aikana jättimäisen harppauksen eteenpäin. Samalla ne ovat siirtyneet urheilijoiden ranteista myös meidän kaikkien ranteisiin. Aikaisemmin rannelaitteita käytettiin pääasiallisesti sykkeen mittaamiseen urheilusuorituksen aikana, mutta nykypäivänä niillä pystytään mittaamaan kehon eri toimintoja läpi vuorokauden. Tässä kirjoituksessa käydään läpi nykyisten rannelaitteiden toimintoja luotettavuuden ja tarkkuuden näkökulmasta.
Mitä laitteet mittaavat?
Suurin osa rannelaitteista mittaa sykettä ja sykevälivaihtelua optisesti verenvirtauksesta. Lyhykäisyydessään mittaus toimii siten, että laitteessa on LED-valoja, jotka heijastuvat ihon läpi. Verenvirtaus heijastaa valon takaisin laitteeseen ja laitteen algoritmi laskee tästä sykemuuttujia. Muutos verrattuna aiempiin sykevyöllä toimiviin mittareihin tulee siinä, että nykyään rannelaitteet mittaavat sykettä jatkuvasti käyttäjän niin halutessa. Siten mittarit tuottavat laajalti tietoa terveydestämme ja siihen vaikuttavista tekijöistä.
Optisen sykemittauksen ehdoton hyvä puoli on sen helppous. Et tarvitse ylimääräisiä lisäosia vaan kaikki mittaamiseen tarvittava on koko ajan läsnä. Suureen osaan nykylaitteista on sisäänrakennettu myös GPS ja kiihtyvyysanturi, joten myöskään aktiivisuuden, matkan tai nopeuden mittaamiseen ei tarvita erillisiä antureita. Laitteet ovat nykyään myös yhdistettävissä mobiiliaplikaatioihin, joissa dataa pystyy tarkastelemaan yksityiskohtaisemmin kuin suoraan laitteesta. Sykkeen mittauksen lisäksi laitteet mittaavat nykyään unenaikaista sykevälivaihtelua (HRV=Heart rate variability), joka on tarkempi muuttuja, kun halutaan tarkastella omaa kokonaiskuormitusta ja palautumista.
Liikunnan mittaaminen ja datan luotettavuus
Pääasiallisesti rannelaitteilla on niiden alkuajoista asti mitattu liikuntaa ja vaikka niiden käyttötarkoitus on viime vuosina laajentunut, on tämä monelle edelleen se tärkein ominaisuus. Liikunnan aikana rannelaitteilla pystytään mittaamaan esimerkiksi sykettä, tehoaluetta ja kuljettua matkaa sekä näiden perusteella arvioitua energiankulutusta.
Rannelaitteiden luotettavuutta ja tarkkuutta on tutkittu paljon viime vuosina. Tuloksissa on eroavaisuuksia, mutta tiettyjen tekijöiden on huomattu vaikuttavan optisen sykemittauksen tarkkuuteen. Näitä vaikuttavia tekijöitä ovat erimerkiksi laitteen merkki ja malli, liikkumistapa, harjoituksen intensiteetti, (tumma) ihon väri, huono ääreisverenkierto, laitteen sijoittuminen ranteessa ja puristaminen. Eniten haasteita rannesykkeen mittauksen kanssa on korkean intensiteetin (intervalli)harjoituksissa, joissa kello herkästi liikkuu ranteessa enemmän, hikoilu on suurempaa ja syketasot vaihtelevat nopeasti.
Kaikkein luotettavin tapa edelleen liikunnan aikaiseen sykkeen mittaamiseen on sykevyö ja urheilijoiden kannattaa edelleen käyttää sitä. Kuitenkin optisen sykkeen mittauksen luotettavuus on kasvanut merkittävästi viime vuosina sensoriteknologian kehittymisen myötä ja monelle kestävyysliikkujalle se on riittävän tarkka. Tutkimusten perusteella vaikuttaisi siltä, että rannelaitteen mittaama syke on keskimäärin hieman alhaisempi mitä todellinen syke. Tätä havaitaan erityisesti liikunnan yhteydessä. Toki yksilöllisiä eroja löytyy aina ja osalla optisesti mitattu syke saattaa olla vyöllä mitattua korkeampi.
KUVIO 1. Sykevyöllä ja kahdella rannelaitteella mitattu syke polkupyöräergometrilla tehdyssä intervalliharjoituksessa. Rannelaitteina: Garmin Forerunner 945 ja Polar Vantage V.
KUVIO 2. Sykevyöllä ja rannelaitteella mitattu syke juosten tehdyssä intervalliharjoituksessa. Rannelaitteena Garmin Forerunner 945.
Unen määrän ja laadun mittaaminen
Unen mittaaminen on varmasti monelle kiinnostavin ominaisuus rannelaitteessa. Yön aikaisesta leposykkeestä ja sykevälivaihtelusta pystytään arvioimaan autonomisen hermoston tilaa, mikä heijastaa kehon sen hetkistä palautumisen tasoa. Lisäksi rannelaitteet mittaavat usein liikettä. Näiden muuttujien perusteella laitteet antavat tietoa myös kokonaisuniajasta, valveillaoloajasta ja unen vaiheista. Rannelaitteiden luotettavuus unen mittaamisen suhteen on vielä vaihtelevaa ja unen muuttujat ovat usein suuntaa antavia.
Yön aikaista sykettä ja sykevälivaihtelua eri rannelaitteet vaikuttaisivat mittaavan kohtalaisen luotettavasti. Erityisesti sykkeen osalta eroavaisuudet kuluttajalaitteiden ja lääketieteellisten laitteiden välillä ovat olleet hyvin minimaalisia. Sykevälivaihtelun osalta variaatiota on ollut hieman enemmän, mutta kuitenkin maltillista. Voidaan siis ajatella, että yön aikaisia sykemuuttujia rannelaitteet mittaavat terveiden kuluttajien tarpeeseen riittävän hyvin.
Heikompaa luotettavuutta on havaittavissa uniajan mittaamisessa ja erityisesti uneen vaiheiden mittauksessa. Unen mittaamisen suurimmat haasteet liittyvät siihen, että rannelaitteet eivät vielä kykene kovin luotettavasti tunnistamaan yön aikaisia uni- ja valveaikoja. Tutkimuksissa on saatu hyvin ristiriitaisia tuloksia, sillä niissä on havaittu yli- ja aliarviointeja sekä uni- että valveajassa.
Yleisellä tasolla luotettavuudessa on suurta eroa myös laitteiden välillä. Usein jääkin kuluttajan itse päätettäväksi mikä laite mittaa luotettavimmin juuri hänen kohdallaan.
Päivittäinen aktiivisuus
Päivittäistä aktiivisuutta suurin osa rannelaitteista mittaa sykkeen ja askelmäärän kautta. Näistä muuttujista laitteet määrittävät myös energiankulutusta. Aiemmin tekstissä kerrottiin rannesykkeen mittauksen hieman alimittaavan todellisesta sykettä ja tämä näkyy myös siinä, että usein laitteiden antama energiankulutus on alakanttiin.
Tutkimuksissa on löydetty suurta vaihtelua energiankulutuksen arvioinnissa. Kuitenkin melko laajan otannan perusteella pystytään sanomaan, että lähes kaikki laitteet aliarvioivat energiankulutusta systemaattisesti. Lisäksi todettakoon, että keskimäärin kaikista rannelaitteiden mittaamista pääominaisuuksista energiankulutuksen arviointi vaikuttaisi olevan kaikkien epätarkin.
Askelmäärän mittaus vaikuttaisi olevan eri laitteissa hyvin saman suuntaista. Jonkin verran vaihtelua ilmenee siinä, mitataanko askeleita kontrolloiduissa olosuhteissa (laboratorio) vai normaalissa elämässä. Laboratorio-olosuhteissa laitteet vaikuttaisivat hieman aliarvoivan todellista askelmäärää, kun taas normaalielämässä yliarvoivan. Todennäköisiin syy tälle on laitteen sijainti ranteessa, jolloin käden liike (askelten yliarvointi) ja staattisuus (aliarviointi) vaikuttavat asiaan.
Yhteenveto
Kuten jo alussa mainittiin, rannelaitteiden kehityksen vauhti on viime aikoina ollut hurjaa. Tämä on toki kuluttajan näkökulmasta upeaa, mutta tutkimukselle haastavaa. Siinä vaiheessa, kun tutkimuksen tulokset valmistuvat ja ne julkaistaan, ovat rannelaitteiden ominaisuudet ottaneet jo askeleen eteenpäin. Tähän kirjoitukseen on pyritty ottamaan mukaan mahdollisimman tuoreita tutkimuksia, mutta siltikin osassa on tutkittu laitteita, jotka eivät ole enää markkinoilla.
Voidaan kuitenkin varmaksi todeta, että rannelaitteet ovat nykyään hyvin monikäyttöisiä ja antavat meille arvokasta dataa subjektiivisten tuntemusten rinnalle. Tarkkuudessaan ne eivät täysin vastaa sykemittareiden, askelmittareiden tai laboratorio-olosuhteissa tehtyjen unimittausten tarkkuutta. Kuitenkin suurimmalle osalle kuluttajista ne pääsevät tarkkuudessaan riittävälle tasolle ja ovat oiva apuväline arjen liikunnan ja palautumisen seurantaan.
Jos jäit miettimään oman rannelaitteesi mittauksen luotettavuutta, KIHU Sports Labin kuntotestit ovat loistava tapa ottaa siitä selvää. Mittaamme testeissä sykettä aina omilla mittareillamme sykevyötä käyttäen. Voit testin aikana pitää myös omaa rannelaitetta, jolloin saat sykedatan molemmista!
Pysythän kuulolla, sillä julkaisemme pian myös osan 2. Siinä käsitellään rannelaitteiden hyödyntämistä oman harjoittelusi apuna.
Lähteet
Chow HW & Yang CC. 2020. Accuracy of Optical Heart Rate Sensing Technology in Wearable Fitness Trackers for Young and Older Adults: Validation and Comparison Study
Fuller ym. 2020. Reliability and Validity of Commercially Available Wearable Devices for Measuring Steps, Energy Expenditure, and Heart Rate: Systematic Review
Germini ym. 2022. Accuracy and Acceptability of Wrist-Wearable Activity-Tracking Devices: Systematic Review of the Literature
Miller ym 2022. A Validation of Six Wearable Devices for Estimating Sleep, Heart Rate and Heart Rate Variability in Healthy Adults
Pasadyn ym. 2019. Accuracy of commercially available heart rate monitors in athletes: a prospective study
Rookham ym. 2018. Promises and Challenges in the Use of Consumer-Grade Devices for Sleep Monitoring
Stone ym. 2020. Evaluations of Commercial Sleep Technologies for Objective Monitoring During Routine Sleeping Conditions
Stone ym. 2021. Assessing the Accuracy of Popular Commercial Technologies That Measure Resting Heart Rate and Heart Rate Variability
Thomson ym. 2019. Heart rate measures from the Apple Watch, Fitbit Charge HR 2, and electrocardiogram across different exercise intensities
Jos tykkäsit, kerro tästä muillekin!
Laura Juntunen
Kuntotestaaja
Osa 1: Liikunnan, unen ja hyvinvoinnin mittaamisen luotettavuus
Rannelaitteet (sykemittarit ja älykellot) ovat toiminnoissaan ottaneet viime vuosien aikana jättimäisen harppauksen eteenpäin. Samalla ne ovat siirtyneet urheilijoiden ranteista myös meidän kaikkien ranteisiin. Aikaisemmin rannelaitteita käytettiin pääasiallisesti sykkeen mittaamiseen urheilusuorituksen aikana, mutta nykypäivänä niillä pystytään mittaamaan kehon eri toimintoja läpi vuorokauden. Tässä kirjoituksessa käydään läpi nykyisten rannelaitteiden toimintoja luotettavuuden ja tarkkuuden näkökulmasta.
Mitä laitteet mittaavat?
Suurin osa rannelaitteista mittaa sykettä ja sykevälivaihtelua optisesti verenvirtauksesta. Lyhykäisyydessään mittaus toimii siten, että laitteessa on LED-valoja, jotka heijastuvat ihon läpi. Verenvirtaus heijastaa valon takaisin laitteeseen ja laitteen algoritmi laskee tästä sykemuuttujia. Muutos verrattuna aiempiin sykevyöllä toimiviin mittareihin tulee siinä, että nykyään rannelaitteet mittaavat sykettä jatkuvasti käyttäjän niin halutessa. Siten mittarit tuottavat laajalti tietoa terveydestämme ja siihen vaikuttavista tekijöistä.
Optisen sykemittauksen ehdoton hyvä puoli on sen helppous. Et tarvitse ylimääräisiä lisäosia vaan kaikki mittaamiseen tarvittava on koko ajan läsnä. Suureen osaan nykylaitteista on sisäänrakennettu myös GPS ja kiihtyvyysanturi, joten myöskään aktiivisuuden, matkan tai nopeuden mittaamiseen ei tarvita erillisiä antureita. Laitteet ovat nykyään myös yhdistettävissä mobiiliaplikaatioihin, joissa dataa pystyy tarkastelemaan yksityiskohtaisemmin kuin suoraan laitteesta. Sykkeen mittauksen lisäksi laitteet mittaavat nykyään unenaikaista sykevälivaihtelua (HRV=Heart rate variability), joka on tarkempi muuttuja, kun halutaan tarkastella omaa kokonaiskuormitusta ja palautumista.
Liikunnan mittaaminen ja datan luotettavuus
Pääasiallisesti rannelaitteilla on niiden alkuajoista asti mitattu liikuntaa ja vaikka niiden käyttötarkoitus on viime vuosina laajentunut, on tämä monelle edelleen se tärkein ominaisuus. Liikunnan aikana rannelaitteilla pystytään mittaamaan esimerkiksi sykettä, tehoaluetta ja kuljettua matkaa sekä näiden perusteella arvioitua energiankulutusta.
Rannelaitteiden luotettavuutta ja tarkkuutta on tutkittu paljon viime vuosina. Tuloksissa on eroavaisuuksia, mutta tiettyjen tekijöiden on huomattu vaikuttavan optisen sykemittauksen tarkkuuteen. Näitä vaikuttavia tekijöitä ovat erimerkiksi laitteen merkki ja malli, liikkumistapa, harjoituksen intensiteetti, (tumma) ihon väri, huono ääreisverenkierto, laitteen sijoittuminen ranteessa ja puristaminen. Eniten haasteita rannesykkeen mittauksen kanssa on korkean intensiteetin (intervalli)harjoituksissa, joissa kello herkästi liikkuu ranteessa enemmän, hikoilu on suurempaa ja syketasot vaihtelevat nopeasti.
Kaikkein luotettavin tapa edelleen liikunnan aikaiseen sykkeen mittaamiseen on sykevyö ja urheilijoiden kannattaa edelleen käyttää sitä. Kuitenkin optisen sykkeen mittauksen luotettavuus on kasvanut merkittävästi viime vuosina sensoriteknologian kehittymisen myötä ja monelle kestävyysliikkujalle se on riittävän tarkka. Tutkimusten perusteella vaikuttaisi siltä, että rannelaitteen mittaama syke on keskimäärin hieman alhaisempi mitä todellinen syke. Tätä havaitaan erityisesti liikunnan yhteydessä. Toki yksilöllisiä eroja löytyy aina ja osalla optisesti mitattu syke saattaa olla vyöllä mitattua korkeampi.
KUVIO 1. Sykevyöllä ja kahdella rannelaitteella mitattu syke polkupyöräergometrilla tehdyssä intervalliharjoituksessa. Rannelaitteina: Garmin Forerunner 945 ja Polar Vantage V.
KUVIO 2. Sykevyöllä ja rannelaitteella mitattu syke juosten tehdyssä intervalliharjoituksessa. Rannelaitteena Garmin Forerunner 945.
Unen määrän ja laadun mittaaminen
Unen mittaaminen on varmasti monelle kiinnostavin ominaisuus rannelaitteessa. Yön aikaisesta leposykkeestä ja sykevälivaihtelusta pystytään arvioimaan autonomisen hermoston tilaa, mikä heijastaa kehon sen hetkistä palautumisen tasoa. Lisäksi rannelaitteet mittaavat usein liikettä. Näiden muuttujien perusteella laitteet antavat tietoa myös kokonaisuniajasta, valveillaoloajasta ja unen vaiheista. Rannelaitteiden luotettavuus unen mittaamisen suhteen on vielä vaihtelevaa ja unen muuttujat ovat usein suuntaa antavia.
Yön aikaista sykettä ja sykevälivaihtelua eri rannelaitteet vaikuttaisivat mittaavan kohtalaisen luotettavasti. Erityisesti sykkeen osalta eroavaisuudet kuluttajalaitteiden ja lääketieteellisten laitteiden välillä ovat olleet hyvin minimaalisia. Sykevälivaihtelun osalta variaatiota on ollut hieman enemmän, mutta kuitenkin maltillista. Voidaan siis ajatella, että yön aikaisia sykemuuttujia rannelaitteet mittaavat terveiden kuluttajien tarpeeseen riittävän hyvin.
Heikompaa luotettavuutta on havaittavissa uniajan mittaamisessa ja erityisesti uneen vaiheiden mittauksessa. Unen mittaamisen suurimmat haasteet liittyvät siihen, että rannelaitteet eivät vielä kykene kovin luotettavasti tunnistamaan yön aikaisia uni- ja valveaikoja. Tutkimuksissa on saatu hyvin ristiriitaisia tuloksia, sillä niissä on havaittu yli- ja aliarviointeja sekä uni- että valveajassa.
Yleisellä tasolla luotettavuudessa on suurta eroa myös laitteiden välillä. Usein jääkin kuluttajan itse päätettäväksi mikä laite mittaa luotettavimmin juuri hänen kohdallaan.
Päivittäinen aktiivisuus
Päivittäistä aktiivisuutta suurin osa rannelaitteista mittaa sykkeen ja askelmäärän kautta. Näistä muuttujista laitteet määrittävät myös energiankulutusta. Aiemmin tekstissä kerrottiin rannesykkeen mittauksen hieman alimittaavan todellisesta sykettä ja tämä näkyy myös siinä, että usein laitteiden antama energiankulutus on alakanttiin.
Tutkimuksissa on löydetty suurta vaihtelua energiankulutuksen arvioinnissa. Kuitenkin melko laajan otannan perusteella pystytään sanomaan, että lähes kaikki laitteet aliarvioivat energiankulutusta systemaattisesti. Lisäksi todettakoon, että keskimäärin kaikista rannelaitteiden mittaamista pääominaisuuksista energiankulutuksen arviointi vaikuttaisi olevan kaikkien epätarkin.
Askelmäärän mittaus vaikuttaisi olevan eri laitteissa hyvin saman suuntaista. Jonkin verran vaihtelua ilmenee siinä, mitataanko askeleita kontrolloiduissa olosuhteissa (laboratorio) vai normaalissa elämässä. Laboratorio-olosuhteissa laitteet vaikuttaisivat hieman aliarvoivan todellista askelmäärää, kun taas normaalielämässä yliarvoivan. Todennäköisiin syy tälle on laitteen sijainti ranteessa, jolloin käden liike (askelten yliarvointi) ja staattisuus (aliarviointi) vaikuttavat asiaan.
Yhteenveto
Kuten jo alussa mainittiin, rannelaitteiden kehityksen vauhti on viime aikoina ollut hurjaa. Tämä on toki kuluttajan näkökulmasta upeaa, mutta tutkimukselle haastavaa. Siinä vaiheessa, kun tutkimuksen tulokset valmistuvat ja ne julkaistaan, ovat rannelaitteiden ominaisuudet ottaneet jo askeleen eteenpäin. Tähän kirjoitukseen on pyritty ottamaan mukaan mahdollisimman tuoreita tutkimuksia, mutta siltikin osassa on tutkittu laitteita, jotka eivät ole enää markkinoilla.
Voidaan kuitenkin varmaksi todeta, että rannelaitteet ovat nykyään hyvin monikäyttöisiä ja antavat meille arvokasta dataa subjektiivisten tuntemusten rinnalle. Tarkkuudessaan ne eivät täysin vastaa sykemittareiden, askelmittareiden tai laboratorio-olosuhteissa tehtyjen unimittausten tarkkuutta. Kuitenkin suurimmalle osalle kuluttajista ne pääsevät tarkkuudessaan riittävälle tasolle ja ovat oiva apuväline arjen liikunnan ja palautumisen seurantaan.
Jos jäit miettimään oman rannelaitteesi mittauksen luotettavuutta, KIHU Sports Labin kuntotestit ovat loistava tapa ottaa siitä selvää. Mittaamme testeissä sykettä aina omilla mittareillamme sykevyötä käyttäen. Voit testin aikana pitää myös omaa rannelaitetta, jolloin saat sykedatan molemmista!
Pysythän kuulolla, sillä julkaisemme pian myös osan 2. Siinä käsitellään rannelaitteiden hyödyntämistä oman harjoittelusi apuna.
Lähteet
Chow HW & Yang CC. 2020. Accuracy of Optical Heart Rate Sensing Technology in Wearable Fitness Trackers for Young and Older Adults: Validation and Comparison Study
Fuller ym. 2020. Reliability and Validity of Commercially Available Wearable Devices for Measuring Steps, Energy Expenditure, and Heart Rate: Systematic Review
Germini ym. 2022. Accuracy and Acceptability of Wrist-Wearable Activity-Tracking Devices: Systematic Review of the Literature
Miller ym 2022. A Validation of Six Wearable Devices for Estimating Sleep, Heart Rate and Heart Rate Variability in Healthy Adults
Pasadyn ym. 2019. Accuracy of commercially available heart rate monitors in athletes: a prospective study
Rookham ym. 2018. Promises and Challenges in the Use of Consumer-Grade Devices for Sleep Monitoring
Stone ym. 2020. Evaluations of Commercial Sleep Technologies for Objective Monitoring During Routine Sleeping Conditions
Stone ym. 2021. Assessing the Accuracy of Popular Commercial Technologies That Measure Resting Heart Rate and Heart Rate Variability
Thomson ym. 2019. Heart rate measures from the Apple Watch, Fitbit Charge HR 2, and electrocardiogram across different exercise intensities