スマートウォッチセンサーの仕組み：向きは関係なく、肌接触がすべて

Smartletのセットアップを試したことがない方からよく寄せられる疑問として、Apple Watchを内側に向けて装着した場合、心拍センサーがもう一方のウォッチを「認識」できないのではないかというものがあります。心拍センサーの仕組みを理解するには物理学の基礎知識が少し必要ですが、一度理解してしまえば、この疑問は完全に解消されます。

この記事では、物理的な仕組みについて解説し、以下のすべての疑問にお答えします。心拍数モニターは機能するのか？歩数計は機能するのか？睡眠トラッキングは機能するのか？これらすべての答えは「はい」であり、それぞれの理由についてご説明します。査読済みの研究において心拍数センサーに重要とされているすべての変数は、Smartletシステムによって保持されています。

光電脈波法：上下の方向を認識できない光学的技術

手首の毛細血管における血液量の変化は、手首全体の組織内で生じるものであり、手首の表面の皮膚だけに限定されるものではありません。そのため、手首の内側でPPG信号を測定した場合も、手首の外側と同様の効果が観察されます。

反射型PPGが本質的に方向に依存しない理由

光が透過または反射されるモードに応じて、さまざまな光電式脈波（PPG）センサーが存在します。透過型PPGは、一部のウェアラブルデバイスで使用される方式です。病院環境では、フィンガークリップや耳プローブも透過型PPGの原理を採用しています。LEDは組織の一方の側に配置され、フォトダイオードは反対側に配置されます。

光学センサーの仕組み

光が組織内を通過する際に血管と相互作用し、信号が生成されます。透過型PPGでは、組織内のLEDとフォトダイオードの間に正確な位置関係が必要です。これが、病院用クリップを特定の角度や位置に装着しなければならない理由です。

内側の手首の位置決めが効果的な理由

すべてのリストバンド型スマートウォッチは、反射型PPG方式を採用しています。LEDとフォトダイオードは皮膚の同じ側に配置されています。LEDが光を照射すると、その光は皮膚に吸収され、毛細血管床内の血管によって反射された光がフォトダイオードで検出されます。組織を透過して光が伝達されることはありません。身体の反対側に配置された光源やフォトディテクターの空間的な位置関係を把握する必要もありません。これは方向性を必要としない方式です。

MDPI Electronics レビュー 2023 反射率

MDPI Electronics レビュー 2023年 リフレクタンス（反射型）方式は、手首装着型ウェアラブルデバイスに採用される技術として確立されています。この方式は、臨床用パルスオキシメーターのように組織を透過させることなく、皮膚表面から血中酸素飽和度を測定できるという特長があります。ウェアラブルデバイスをある角度で保持または固定する必要があるという点は、本質的な問題ではありません。手首は、他の部位と比較してパルスオキシメトリーの測定に最適な部位とは言えませんが、これは測定部位の精度に関する問題であり、手首の内側・外側のどちらを使用するかという問題ではありません。また、この点はウォッチフェイスの向きとも無関係です。 MDPI Electronicsリフレクタンス方式の構成が、手首装着型ウェアラブルを実現する中核技術であることが確認されています。これは、臨床用オキシメーターのような組織透過を必要とせず、皮膚表面から計測できるためです。この計測アプローチにおいて、向きは物理的に無関係です。同論文ではまた、手首は特定の高精度計測において理想的な部位ではないとも指摘していますが、この制限は手首のどの位置、すなわち内側・外側を問わず同様に当てはまるものであり、文字盤がどちらを向いているかとは一切関係ありません。

手首は脈拍酸素測定の最適な測定部位ではありませんが、これは他の部位と比較した場合の位置精度の問題であり、手首の内側か外側かという問題ではありません。また、これもウォッチフェイスの向きとは無関係です。MDPI Electronicsにより、反射型構成が手首装着型ウェアラブルを実現する技術であることが確認されました。これは、臨床用酸素計に必要な組織透過を必要とせず、皮膚表面からの測定が可能なためです。

このセンシング方式において、装着の向きは物理的に無関係です。同じ論文では、手首は特定の高精度測定に最適な部位ではないとも指摘されていますが、この制限は手首のどの位置（内側・外側を問わず）でも同様に当てはまるものであり、文字盤がどちらを向いているかとは一切関係ありません。

加速度センサーとジャイロスコープ：設計による三次元対応

加速度センサーとジャイロスコープは、PPG光学センサーとはまったく異なります。加速度センサーとジャイロスコープは、デバイスの動きと向きを測定するために使用されます。3軸加速度センサーでは、3つの垂直軸それぞれに沿って重力が測定されます。これにより、デバイスはどの軸が地面に向いているかを認識し、時計が傾いたときに画面を回転させたり、転倒や交通事故に対応する特徴的な加速パターンを識別したりすることができます。

向きが常に固定されているわけではなく、向き検知対応デバイスはどのような向きにもなり得ます。この機能の核心にあるのが、加速度センサーの3D構造です。このセンサーはあらゆる向きで3つの軸すべてを計測し、各軸の相対的な測定値をもとにデバイスの正確な向きをリアルタイムで算出します。

例えばAppleのwatchOSは、手首の左右やリュウズの左右など、Apple Watchを正しい向きに装着するようユーザーに繰り返し確認を求めます。これは、Apple Watchがその設計上、これらの定義された向きのいずれにも装着できるという前提に基づいており、実際にその通りです。

Appleの公式サポートドキュメントによるとIt

According to Appleの公式サポートドキュメントAppleは「Watchで正確な測定を行う」というサポートページを公開しており、腕に装着した際のウォッチのセンサーの仕組みについて説明しています。また、Samsung Galaxy Watchの設定可能な向き設定は、Galaxy Wearableアプリから制御できることも知られています。つまり、主要なスマートウォッチプラットフォームはすべて、3Dの向き独立性を最重要エンジニアリング要件として位置づけていることがわかります。Galaxy Wearableアプリこれらの設計上の決定は、三次元方向の独立性が主要なスマートウォッチプラットフォームすべてにおけるコアエンジニアリング要件であることを裏付けています。

実は、主要なスマートウォッチプラットフォームはすべて、3Dの向き非依存性をエンジニアリングの最重要要件として位置づけています。Galaxy Wearableアプリ。これらの設計上の決定は、三次元の向き非依存性が主要なスマートウォッチプラットフォーム全体における中核的なエンジニアリング要件であることを裏付けています。

Smartletユーザーの皆様へ：歩数計測、アクティビティ分類、睡眠トラッキング、転倒検知、衝突検知は、文字盤が上向きでも下向きでも正常に機能します。弊社のファームウェアは、ハードウェアの向きに関する前提条件に依存しておらず、宣言された設定に基づいて動作します。

スマートウォッチの精度に関する査読済み研究の見解

リビングレビューには82件の研究と430,052人の参加者が含まれています。臨床心電図に対する平均バイアスは0.27 bpmです。向き論争は、始まる前に物理学によって決着がついていました。

スマートウォッチによる心拍数と血圧の測定は、近年の科学的文献において大きな関心と議論を呼んでいるテーマです。ここでは、特に注目すべき2つの研究をご紹介します。

ECGとデジタルクラウン

2026年にnpj Digital Medicineに掲載された生きたシステマティックレビューおよびメタアナリシスでは、82件の研究・430,052名の参加者データをもとに、Apple Watchの臨床ECGリファレンスからの平均バイアスが0.27 bpmであり、一致限界は前後約7 bpmであることが報告されました。著者らは「これはApple Watchの測定精度に関して、これまでに発表された中で最も包括的な評価である」と述べています。 npj Digital Medicine、82件の研究と430,052人の参加者を対象とした調査により、Apple Watchの心拍数測定値は平均バイアスが 0.27 bpm臨床用心電図を基準とした場合、一致限界は約7 bpm（上下方向それぞれ）でした。著者らは、これがApple Watchの測定精度に関する科学的文献の中で、現時点において最も包括的な評価であると述べています。

「これは、これまでに発表されたApple Watchの測定精度に関する最も包括的な評価を示すものです」と著者らは述べています。npj Digital Medicineに掲載された本研究は、82件の研究と430,052人の参加者を対象とし、Apple Watchの心拍数測定値が臨床ECGリファレンスと比較して平均バイアス0.27 bpmを示し、一致限界は各方向に約7 bpmであることを明らかにしました。著者らは、これを科学文献におけるApple Watchの測定精度に関する最も包括的な評価であると述べています。

フィットネストラッカーをすべてご覧ください

フィットネストラッカーやウェアラブルデバイスが、ランナーの手首からソーシャルメディアまで、あらゆる場所に登場しているのはご存知の通りです。Journal of Sports Sciencesに掲載された55本の研究論文を対象とした2024年の統合レビュー（Runners Connectによる報告）によると、Apple Watchなどのデバイスに搭載された心拍数モニタリング機能は非常に高い精度を誇り、安静時の誤差は約2〜3拍/分（bpm）、動的な活動中においても約87%の時間で誤差が5bpm以下に収まるとされています。科学的な用途や非常に精密なフィットネストラッキングには十分とは言えないかもしれませんが、一般的な健康管理やフィットネストレーニングの目的には十分な精度といえるでしょう。 Runners Connect安静時は2〜3 bpm以内、運動中は約87%の時間で5 bpm以内の精度でApple Watchが正確であることが判明しました。ほとんどの健康モニタリングおよびトレーニング用途において、この精度は臨床的に十分です。

科学的な用途や精密なフィットネストラッキングには十分でない場合もありますが、一般的な健康管理やフィットネストレーニングには十分な精度を備えています。Runners Connectの調査によると、Apple Watchは安静時に2〜3 bpm以内の誤差で、運動中は約87%の時間において5 bpm以内の精度を示しました。ほとんどの健康モニタリングやトレーニング用途において、この精度は臨床的に十分なレベルといえます。

これらの記述は、スマートウォッチのウェルネスグレードデータにのみ適用されるものであり、診断を目的としたものではありません。ACC（米国心臓病学会）の2024年専門家分析「不整脈と電子健康記録およびウェアラブルへの影響」では、消費者向けスマートウォッチが心房細動を信頼性高く正確に検出できることが確認されており、いかなる方向においても、すべての検出結果はいかなる対処を行う前に医師による確認を受ける必要があるとされています。これは当該テクノロジーカテゴリーの特性です。 2024年 専門家による分析消費者向けスマートウォッチは心房細動のスクリーニングにおいて高い精度を達成することが確認されていますが、臨床的な対応を行う前に、その結果を医師が確認する必要があります。これはどの装着方向においても同様であり、このテクノロジーカテゴリー全体に共通する特性です。

ACC 2024年 専門家分析 不整脈

ACC（米国心臓病学会）の2024年専門家分析「不整脈と電子健康記録・ウェアラブル機器への影響」によると、一般消費者向けスマートウォッチはあらゆる装着方向において心房細動を信頼性高く正確に検出できることが確認されており、これはこのテクノロジーカテゴリーの特性とされています。また、検出結果はいかなる対処を行う前にも必ず医師による確認が必要とされています。2024年専門家分析により、一般消費者向けスマートウォッチが心房細動スクリーニングにおいて高い精度を達成していることが確認されましたが、臨床的な対処を行う前に医師による確認が必要です。

これは、どの装着方向においても同様であり、このテクノロジーカテゴリーの特性です。

本当に重要な、たった一つの要素

センサーの向きは、PPG測定値の精度に影響を与えないようです（また、センサーの装着方向に関わらず、常にオンでサンプリングし続ける加速度計の状態にも影響しません）。では、ウェアラブル活動量計の精度に本当に影響を与える要因を考えると、何が残るでしょうか？実は、答えは以前と変わりません：肌との密着度です。そして、大規模な研究もこの点で一致しており、他のあらゆる場面でも同様の結論が出ています。 素肌に触れる.

掲載された研究 PMCBioRxivに論文を公開しました。先日、本論文をPMCに公開しましたので、以下にその概要をご紹介します。本研究では、市販のスマートウォッチに内蔵された光電式脈波センサー（PPG）からの信号が、日常生活における24時間全体にわたって与える影響を評価しました。特に注目したのは、PPG信号が断続的に「ロックを失う」原因と、それがデータ品質に与える影響の解明です。動作データおよびセンサーに対する皮膚の相対的な動きを分析した結果、手首に装着したスマートウォッチで計測される信号が劣化する主な原因は、大きな動作時などにセンサーが皮膚上でずれることによる、センサーと皮膚表面の相対的な動きであることが判明しました。これにより皮膚が「こすれ」た状態となり、表皮からの反射が増加する一方で深部組織からの反射が減少し、信号のピーク間振幅が低下することで、ECG計測の品質が低下します。また、しっかりと固定されたリストバンドは、緩すぎるリストバンドと比較して、より高品質な計測結果をもたらすことが確認されました。さらに、センサーと皮膚の最適な接触を確保するためにリストバンドを十分に締めている限り、手首上の装着位置の違いによる動きの差は小さく、計測品質への影響は比較的軽微であることも明らかになりました。

モーションデータとセンサーに対する皮膚の動きの両方を分析した結果、手首に装着したスマートウォッチで計測される信号が劣化する主な原因は、センサーと皮膚表面の相対的な動きであることが判明しました。これは、センサーが皮膚上で動くような大きな動作をした際などに発生します。

「こすれ」による肌荒れの結果

これにより皮膚の「こすれ」が生じ、表皮からの反射が増加する一方で下層組織からの反射が減少します。その結果、信号のピーク間振幅が低下し、ECG測定の品質が低下します。

しっかりと固定されたリストバンドは、緩すぎるリストバンドと比べて、より高精度な測定結果をもたらすことが確認されています。また、センサーと肌の接触を最適化するためにリストバンドを十分に締めていれば、手首の正確な装着位置による動きの差はわずかであり、測定への影響は比較的小さいことも分かりました。

良いストラップを選ぶ際のルールと同じです。Scientific Data（Nature）は、手首の姿勢の変化、つまり向きではなく、手首が曲がる際の接触圧の変化が、PPG波形の品質に測定可能なばらつきをもたらすことを具体的に記録しています。この研究からの推奨事項：血行を妨げることなく接触を維持できる程度に、デバイスをしっかりと装着すること。これは、あらゆる高品質なストラップに共通するフィッティングのガイダンスです。

Appleのサポートドキュメント正確な測定値を得るには、Apple Watchがトレーニング中に肌に密着し、体にしっかりとフィットしている必要があります。Smartletはこれを実現するために設計されています。ポッドがApple Watchを支え、手首の内側の肌に常に接触した状態を保ちます。適切なフィット感により、トレーニング中のあらゆる動作範囲において、センサーアレイが手首の肌に確実に接触し続けます。

Smartletポッドは、スマートウォッチを手首の内側に常時密着させます。これは、PPG測定の精度に影響する変数として査読済み文献で唯一挙げられているものです。

実際のスマートレットとセンサーの性能

実用的なまとめは3つの分野をカバーしています。

この質問はよく耳にします。ディスプレイを外側に向けないと正確な測定ができないと思っている方が多いようです。そのため、外側と内側の両方で試してみると、ディスプレイを内側に向けた方がばらつきがはるかに少ないことに気づきます。また、外側に向けると、腕を曲げたときに手首を少し持ち上げる動作（PPGが測定する動き）が、時計の外側のフェイスによって妨げられてしまいます。

よくある誤解で、無理もないことですが、残念ながら正確ではありません。この仕組みを支えるPPG技術は完全に機能するよう設計されており、Smartletを内側に向けて装着しても全く問題ありません。肌とSmartletの接触状態は非常に良好なため、内側・外側どちらに向けて装着しても、その差はほとんどありません。

心拍数およびすべてのPPGベースの指標：心拍数およびその他のPPGベースの指標 手首の内側のライトは、手首の外側のライトと同じ反射原理に従っています。微小血管における血液量の脈動は、両面に存在します。重要なのは肌との接触であり、向きではありません。

モーションベースの指標：加速度計 ジャイロスコープ モーションベースの指標

モーションベースの指標：加速度センサーとジャイロスコープによるモーションベースの指標　加速度センサーとジャイロスコープは3次元センサーであり、向きに依存しない設計のため、デバイスをどの向きに装着しても正常に機能します。そのため、歩数計測、アクティビティ認識、睡眠検出、転倒検出、衝突検出などの機能は、文字盤が上向きでも下向きでも動作します。WatchOSおよびWear OS、さらにGarmin Connectをはじめとする主要なスマートウォッチプラットフォームも、すべて向きに依存しない仕様となっています。

データグレード：スマートウォッチを通常とは異なる角度で装着しても、収集されたデータのウェルネスグレードに悪影響はありません。データには引き続き、トレンド、リスク通知、ウェルネス測定値が含まれます。Smartletはスマートウォッチを医療診断機器に変えるものではなく、より多くのデータを収集するために通常とは異なる角度で装着した場合も、この点は変わりません。

Smartlet対応ウェアラブルデバイスの中で、追跡できる健康シグナルの幅広さは他の追随を許しません： - Apple Watch Series 10 & Apple Watch Ultra 2（PPG（光電脈波）信号による心拍数・RR変動、ECG（心電図）信号、パルスオキシメトリーによるSpO2（動脈血酸素飽和度）、体温、転倒検出、衝突検出） - Garmin Fenix 8 Pro（PPG（光電脈波）信号による心拍数・RR変動、パルスオキシメトリーによるSpO2、心拍数・RR変動トラッキング） - Withings ScanWatch Nova（革新的なアナログウォッチスタイルのハイブリッドECG連続信号、SpO2） Apple Watch Series 10およびUltra 2 (PPG、ECG、SpO2、体温、転倒検知、衝突検知)、Garmin Fenix 8 Pro（PPG、SpO2、パルスオキシメトリー、HRV、衛星通信）、および Withings ScanWatch Nova （継続的なECG、SpO2を、ハイブリッドアナログ時計のフォームファクターで搭載）。

互換性のある設定を探す

The 完全版スマートウォッチ一覧スマートウォッチの完全なインデックスはこちらからご覧いただけます。機械式時計のペアリングについては、SeikoのブランドページとHamiltonのブランドページ、そしてTudor Black Bayのモデルページを参照しています。これにより、ヨーロッパ、アジア、北米で最も人気のあるコレクターセグメントを把握することができます。 Seikoブランドページ、the Hamiltonブランドページ、そして Tudor Black Bayモデルページヨーロッパ、アジア、北米で最も人気のあるコレクターセグメントに関する有用なリファレンスです。

反射型PPGは、上下の向きを問いません。重要な変数は、肌への密着度のみです。Smartletはセンサーを手首の内側にしっかりと押し当てた状態を維持します。これはまさに、最も高い精度を発揮できる部位です。