Akıllı saatin arkasındaki yanıp sönen yeşil ışık dekoratif bir ayrıntı değil. Saat, bileğinizdeki kan hacminde her kalp atışıyla oluşan çok küçük değişimleri ışık yardımıyla takip ediyor ve buradan dakikadaki nabız değerini hesaplıyor.
Bu işlem doğrudan kalbin elektriksel aktivitesini ölçmüyor, optik olarak bilekteki kan akışını izliyor. Günümüzde Apple Watch, Garmin, Samsung Galaxy Watch, Huawei Watch ve benzeri cihazların büyük bölümü temel nabız ölçümünde aynı fiziksel prensibin farklı uygulamalarını kullanıyor.
Akıllı saatin arkasındaki yeşil ışık ne işe yarıyor?
Akıllı saatlerde nabız ölçümünün temelinde fotopletismografi, kısaca PPG adı verilen yöntem bulunuyor. PPG, cilt altındaki kan hacmi değişikliklerini ışıkla algılayan optik bir ölçüm tekniği. Saatin arkasındaki LED’ler cilde ışık gönderirken hemen yanlarında bulunan fotodiyotlar geri yansıyan ışığın miktarını ölçüyor.
Kalp kasıldığında, yani sistol sırasında bilekteki küçük damar ve kılcal damarlara daha fazla kan ulaşıyor. İki kalp atışı arasındaki dönemde ise bu miktar azalıyor. Kandaki hemoglobin yeşil ışığın bir bölümünü emdiği için cilt altındaki kan hacmi arttığında sensöre geri dönen yeşil ışığın miktarı da değişiyor. Saat bu düzenli değişimi bir dalga biçiminde takip ederek iki nabız arasındaki süreyi hesaplıyor.
Örneğin sensör yaklaşık her bir saniyede bir tekrar eden belirgin kan hacmi değişimi tespit ederse kalp hızı yaklaşık 60 vuruş/dakika seviyesinde hesaplanabiliyor. Atımlar arasındaki süre yarım saniyeye yaklaştığında ise bu değer yaklaşık 120 vuruş/dakikaya çıkıyor. Gerçek sistem bunun çok daha sık örneklenen ve yazılımla filtrelenen versiyonunu kullanıyor.
Neden özellikle yeşil ışık kullanılıyor?
Kırmızı görünen kanın yeşil ışığı güçlü biçimde absorbe etmesi, bilekten nabız ölçümü için avantaj sağlıyor. Kan miktarındaki küçük değişiklikler yeşil dalga boyunda geri yansıyan ışık miktarında belirgin farklılık oluşturabildiği için PPG sensörü nabız dalgasını daha rahat ayırabiliyor. Apple da optik kalp sensöründe yeşil LED’leri ışığa duyarlı fotodiyotlarla birlikte kullandığını ve LED’lerin saniyede yüzlerce kez yanıp sönebildiğini açıklıyor.
Saatin arkasındaki ışığın sürekli açıkmış gibi görünmesinin nedeni de bu yüksek frekans. LED’ler gerçekte çok hızlı biçimde açılıp kapanıyor ve sensör her çevrimde geri dönen ışığı örnekliyor. Sensörün parlaklığı ve örnekleme sıklığı da cihazın aldığı sinyalin kalitesine göre değiştirilebiliyor.
Bazı saatlerde yeşilin yanında kırmızı ve kızılötesi LED’ler de bulunuyor. Bunlar özellikle kandaki oksijen doygunluğu gibi farklı ölçümlerde kullanılıyor. Kanda oksijen taşıyan ve taşımayan hemoglobinin kırmızı ile kızılötesi ışığı farklı oranlarda absorbe etmesi, SpO₂ ölçümünün temelini oluşturuyor. Bu nedenle saatin arkasında birden fazla renkte LED bulunması, hepsinin doğrudan nabız ölçmek için kullanıldığı anlamına gelmiyor.
Saat aslında kalp atışını değil bilekteki nabız dalgasını görüyor
Optik sensör kalbin elektriksel olarak ne zaman kasıldığını doğrudan algılamıyor. Kalbin pompaladığı kanın bileğe ulaşmasıyla oluşan periferik nabız dalgasını takip ediyor. Bu nedenle PPG ile alınan optik nabız sinyali ile hastanelerde kullanılan elektrokardiyografi, yani EKG aynı ölçüm değil.
EKG, kalbin kasılmasını başlatan elektriksel aktiviteyi elektrotlarla ölçüyor. PPG ise ışık kullanarak damar içindeki kan hacmi değişimini takip ediyor. İki sinyal normal koşullarda birbirleriyle çok yakından ilişkili olsa da teknik olarak farklı fizyolojik olayları ölçüyorlar.
Bazı akıllı saatlerde her iki sistem birden bulunuyor. Örneğin belirli Apple Watch modellerinde saatin arka yüzündeki ve Digital Crown üzerindeki elektrotlar kullanıcının parmağıyla kapalı bir elektrik devresi oluşturabiliyor ve tek derivasyonlu EKG kaydı alınabiliyor. Günlük ve egzersiz sırasındaki sürekli nabız takibi ise büyük ölçüde optik PPG sensörü üzerinden gerçekleştiriliyor.
Hareket ederken saat nabzı nasıl ayırt ediyor?
İşin en zor bölümlerinden biri egzersiz sırasında ortaya çıkıyor. Koşarken saat bilekte hareket ediyor, kaslar geriliyor, deri yer değiştiriyor ve sensöre ulaşan ışığın miktarı kalp atışından bağımsız olarak sürekli değişiyor. Ham PPG verisine yalnızca bu şekilde bakıldığında hareket ile gerçek nabız sinyalinin birbirine karışması mümkün.
Bu nedenle modern akıllı saatler optik sensörü tek başına kullanmıyor. İvmeölçer ve jiroskop verileriyle bileğin nasıl hareket ettiği takip ediliyor, ardından sinyal işleme algoritmaları hareket kaynaklı parazitleri PPG dalgasından ayırmaya çalışıyor. PPG sistemlerinde hareket artefaktları ölçüm hatalarının temel kaynaklarından biri ve özellikle yoğun aktivitede doğruluğu belirgin biçimde etkileyebiliyor.
Bu noktada koşu gibi ritmik aktiviteler ile tenis, boks veya ağırlık kaldırma gibi düzensiz bilek hareketleri arasında fark ortaya çıkıyor. Apple, koşu ve bisiklet gibi ritmik hareketlerde daha tutarlı sonuç alınabildiğini; düzensiz hareketlerin sensör performansını zorlaştırabildiğini belirtiyor. Garmin de gevşek takılan saatin koşu temposunu nabız olarak algılamasıyla oluşabilen “cadence lock” durumuna özellikle dikkat çekiyor.
Saat neden bazen bir anda yanlış nabız gösterebiliyor?
Akıllı saatin bileğe ne kadar iyi temas ettiği ölçüm kalitesini doğrudan etkiliyor. Sensör ile cilt arasında sürekli boşluk oluşuyorsa fotodiyotlara ulaşan ışığın miktarı düzensizleşiyor. Saatin çok gevşek kullanılması bu nedenle özellikle egzersiz sırasında hatalı veya kesintili ölçümlere yol açabiliyor.
Bunun tersi de ideal değil. Kayışın aşırı sıkılması bilekteki kan akışını etkileyebiliyor. Üreticiler genel olarak saatin bilek kemiğinin biraz üzerinde, hareket etmeyecek kadar sıkı ancak dolaşımı bozmayacak kadar rahat takılmasını öneriyor. Apple’ın kullanım yönergelerinde sensörün arka yüzünün ciltle sürekli temas etmesi gerektiği özellikle belirtiliyor.
Soğuk hava da ölçümü zorlaştırabiliyor. Vücut ısı kaybını azaltmak için cilde yakın damarları daralttığında bilekteki kan akışı azalıyor ve optik sensörün yakalayabileceği PPG sinyali zayıflayabiliyor. Garmin bu nedenle soğuk koşullarda egzersizden önce ısınmanın bilekteki kan akışını artırarak ölçümü iyileştirebildiğini belirtiyor.
Dövme akıllı saatin nabız sensörünü etkileyebilir mi?
Evet. PPG tamamen ışığın cilde gönderilip geri yansımasına dayandığı için ışığın yolunu değiştiren veya önemli bölümünü absorbe eden bir unsur sensörün aldığı sinyali etkileyebiliyor. Bazı dövmelerdeki mürekkebin rengi, yoğunluğu ve deseni sensör ışığının cilt altına yeterince ulaşmasını veya fotodiyoda geri dönmesini engelleyebiliyor.
Apple ve Garmin, bazı dövmelerin optik kalp sensöründe eksik veya güvenilmez okumaya neden olabileceğini açıkça belirtiyor. Bu durum her dövmede aynı ölçüde görülmüyor; mürekkebin türü ve kapladığı alan sonucu değiştirebiliyor.
Cilt pigmentasyonu konusu ise daha karmaşık. Melanin de ışığı absorbe ettiği için PPG doğruluğu üzerindeki etkisi uzun süredir araştırılıyor. Çalışmaların bir bölümünde daha koyu cilt tonlarında bazı cihazların doğruluğunun azaldığı görülürken, başka çalışmalarda anlamlı fark bulunmadı.
2024 tarihli bir sistematik inceleme ve meta-analiz, giyilebilir cihazlardan elde edilen nabız değerlerinde cilt pigmentasyonuna bağlı istatistiksel olarak anlamlı genel bir yanlılık bulmadı; buna karşılık cihazlar ve ölçüm koşulları arasında geniş hata aralıkları görüldü.
Saat dinlenirken neden daha doğru görünüyor?
Hareketsizken sensör açısından koşullar çok daha kolay. Saat cilt üzerinde sabit duruyor, hareket kaynaklı optik değişiklikler azalıyor ve nabız dalgasının ritmik yapısı sinyalden daha rahat ayrılabiliyor. Bu nedenle tüketici tipi akıllı saatlerin nabız ölçümleri dinlenme sırasında genellikle egzersiz anına göre daha tutarlı.
Yoğun egzersizde ise bilek hareketi, ter, kayışın konumu, titreşimler ve kan akışındaki hızlı değişimler aynı anda sisteme giriyor. Garmin, bilekten ölçümün kritik olduğu spor senaryolarında göğüs bandı kullanılmasını önerebiliyor.
Göğüs tipi kalp atış sensörleri çoğunlukla kalbin elektriksel aktivitesini elektrotlarla algıladığı için özellikle ani tempo değişimlerinde bilekteki optik sensörlerden farklı bir ölçüm yöntemi kullanıyor. Garmin
Bu fark interval antrenmanları veya kısa süre içinde nabzın hızla yükselip düştüğü aktivitelerde daha görünür hale gelebiliyor. Optik sensör yalnızca veri toplamakla kalmıyor; gürültüyü filtrelemek ve güvenilir bir nabız değeri çıkarmak için kısa bir veri penceresini de analiz ediyor.
Akıllı saat kalp ritmindeki düzensizlikleri nasıl fark ediyor?
PPG sinyalinden yalnızca dakikadaki vuruş sayısı çıkarılmıyor. Ardışık nabızlar arasındaki zaman farkları da analiz edilebiliyor. Düzenli bir kalp ritminde bu aralıkların belirli bir yapısı bulunurken bazı ritim bozukluklarında aralıklar düzensiz hale gelebiliyor.
Akıllı saatlerdeki düzensiz ritim bildirimlerinin bir bölümü bu optik verilerden yararlanıyor. Bazı modeller şüpheli bir durum algılandığında kullanıcıdan EKG kaydı almasını da isteyebiliyor. FDA da tüketici giyilebilir cihazlarının kalp hızı ve kalp ritmi verilerinden atriyal fibrilasyon gibi durumlara ilişkin bildirimler üretebildiğini, ancak bu sistemlerin tek başına tıbbi tanı koymak için tasarlanmadığını belirtiyor.
2025’te yayımlanan sistematik inceleme ve meta-analizlerde PPG tabanlı akıllı saatlerin atriyal fibrilasyon saptamasında yüksek duyarlılık ve özgüllük gösterebildiği görülse de standart klinik yöntemlerin yerini tamamen aldığı sonucuna ulaşılmıyor. Ölçüm sırasında hareket, cihazın algoritması ve kullanılan popülasyon sonuçları değiştirebiliyor.
Kalp atış hızı değişkenliği de aynı sensörden hesaplanabiliyor
Saatlerde gördüğümüz HRV veya Türkçesiyle kalp atış hızı değişkenliği, birbirini takip eden kalp atışlarının arasındaki sürelerin ne kadar değiştiğini ifade ediyor. Kalp 60 BPM ile atıyor diye her vuruşun tam olarak bir saniye arayla gerçekleşmesi gerekmiyor. Atımlar arasında milisaniye düzeyinde doğal değişiklikler bulunuyor.
PPG sensörü nabız dalgalarının zamanlamasını yeterince doğru biçimde tespit edebildiğinde bu aralıklar üzerinden HRV tahmini yapılabiliyor. Bazı saatler bunun için dinlenme veya uyku gibi hareketin az olduğu dönemleri tercih ediyor. Apple da yeşil LED’li optik sensörü kullanarak kalp atış hızı değişkenliğini hesapladığını belirtiyor.
HRV değerlerinin cihazdan cihaza veya kullanılan ölçüm yöntemine göre değişebilmesi nedeniyle farklı marka saatlerde görülen sayıları doğrudan karşılaştırmak her zaman doğru değil. Aynı kullanıcıda uzun süre boyunca aynı cihaz ve benzer ölçüm koşullarıyla takip edilen eğilimler daha tutarlı bir veri seti oluşturuyor.
Yeşil ışıkla çalışan küçük sensör aslında oldukça karmaşık bir sistem
Saatin arkasındaki birkaç LED ve fotodiyot tek başına ekranda gördüğümüz nabız değerini üretmiyor. Sensörler önce bilekteki kan hacmi değişimini temsil eden ham optik sinyali topluyor; ardından hareket sensörlerinden gelen bilgiler, filtreleme algoritmaları ve cihazın yazılımı bu sinyaldeki gürültüyü azaltıyor. Son aşamada nabızlar arasındaki zaman farkından BPM değeri hesaplanıyor.
Bu nedenle iki farklı akıllı saatin arkasında benzer yeşil LED’ler bulunması aynı doğrulukta ölçüm yapacakları anlamına gelmiyor. LED sayısı ve yerleşimi, fotodiyotların hassasiyeti, örnekleme sistemi, cilde temas şekli ve özellikle sinyal işleme algoritmaları gerçek kullanım performansını değiştirebiliyor. Modern akıllı saatlerde nabız ölçümünün önemli bölümü sensör kadar bu sensörden gelen verinin nasıl işlendiğine bağlı.
