中國網友發現小米手環戴在衛生紙上也能測心率?你該瞭解一下影響智慧型穿戴裝置測量準確性的知識 智慧型穿戴裝置從誕生以來,主要就圍繞著兩個方向做功能深化,一個是以計步為代表的運動資料測量,另一方面是以心率為代表的醫療健康資料測量。直到最近的 Apple Watch 4 發佈,依舊是圍繞著這兩個功能。

從一開始,智慧型穿戴裝置記錄資料的準確性就屢遭質疑,當然心率檢測這方面也同樣無法倖免。昨晚一條引用知乎圖片的微博,內容是用小米手環測量一卷衛生紙卻得出了心率讀數。再次引發了對智慧型穿戴裝置心率檢測可靠性的熱議。

中國網友發現小米手環戴在衛生紙上也能測心率?你該瞭解一下影響智慧型穿戴裝置測量準確性的知識

一石激起千層浪,隨後網友紛紛測試自己手中的智慧型穿戴裝置能否重現該狀況。答案是肯定的,儘管目前無法確認這個測試的成功率,但從網友的反應來看,成功用衛生紙得出心率讀數的並不在少數。

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現在問題來了,為什麼會手環的心率檢測能在衛生紙上得出資料?那就要從手環最常用的心率檢測方式說起了,目前手環上採用的基本都是光體積變化描記圖法(photoplethysmography:PPG)。

簡單來說,探測器會發射一定波長的光束照射到皮膚,之後光束會透過透射和反射的方式傳到光線接收器,而在這個過程中,由於肌肉和血液對光線的吸收衰減作用,接收到的光線強度會有一定程度的減弱,而皮膚、肌肉和血液對光的吸收基本上是恆定的,最主要影響光線吸收的是皮膚內的血液容積,這個容積大小是隨著心臟的舒張與收縮變化的,所以接收器收到的光訊號強度也會呈現脈動性變化,再將光訊號轉化為電訊號放大,通過算法就能確定容積脈搏血流和心率變化。

至於為什麼心率測量都採用綠光,是因為對於紅色的血液來說綠光的吸收效率最高。

但為什麼衛生紙會測出來心率?回頭再去看原理會發現,PPG 測量主要依靠的是光線反射,這其實意味著只要光線反射變化的規律在一定的範圍內,就有可能會被演算法解讀成心率讀數,儘管這時你可能並沒有戴在手腕上。所以像衛生紙、杯子、玩偶、水果等絕大部分會反光的事物貼上去都可能會有心率資料。

這個結果乍一看之下很荒謬,覺得這些儀器似乎完全不可信任,但實際上忽略了這些儀器有嚴格的使用環境和用途。

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科普作者@飛雪之靈也進行了測試,用相同的方法在三星 S7e 測試心率,雖然也得出了心率讀數,但軟體上呈現的心率波動為無規律的曲線,不過在某些時候依舊可以強行「找出規律」從而得出心率。

他認為,廠商應該給測定的演算法加上一定的閾值,或者降低演算法的擬合強度。另一方面,所有的產品都有使用範圍的規範,而手環測量心率的適用範圍是戴在手腕上,離開了這個範圍內出現錯誤結果是正常現象。

如果把這種「誤差」,解讀為產品測量不準確、只是一個玩具...這種作法就和「茶水代尿」檢測得出一大堆疾病的鬧劇類似,其實都是犯了同樣的錯誤。

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我們也趕緊用一卷新鮮的衛生紙進行了測試,Apple Watch 果然不負眾望……也得出了心率資料,面對原理上的難題,看來天下智慧型穿戴裝置都一個樣。另外今年的 Apple Watch 4 增加了 ECG 心電圖和預防心室顫動等功能,因為心房顫動也是一種無規律的心率波動,或許在演算法測定上有所改進?

從再次測試結果來看,儘管 ECG 心電圖等功能還沒上線,Apple Watch 4 也和前三代一樣也敗下陣來。

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除了 PPG 測量方法外,還有其他一些測量方法比較常見,比如在醫院中是透過電極片直接測量心電訊號在體表的微小差距,心率帶也是基於同樣的原理,雖然在資料上更加精準,但這種方法難以做到小型化和便攜化。另外還有血氧法測量,比如三星 S6內建的光電感應器,不過血氧法對透光性要求較高,多用在測量指尖和耳垂。

儘管目前的智慧型穿戴裝置都有這樣的 「Bug」,但其實這件事情在原理上很容易理解,只是在結果上和常識不符,所以讓不少人都覺得不可思議。

再舉一個簡單的例子,把體溫計放在熱水裡讀數也會馬上升到高,水有溫度但不代表水有「體溫」,同樣手環檢測的是光線反射而不是真的幫你數心跳,只是在特定範圍下這個資料可以反映出你的心跳。

離開了適用範圍說功能,就和拋開劑量談毒性一樣,同樣是不可取的。

  • 本文授權轉載自:ifanr

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