與心電圖儀大PK：智能腕帶心率準(zhǔn)確度測(cè)試

可穿戴設(shè)備市場(chǎng)上，一大波心率追蹤腕帶正在來(lái)襲。這種腕帶可以方便快速地測(cè)出心率，各路健身人群躍躍欲試。不過，根據(jù)美國(guó)凱撒醫(yī)療集團(tuán)的測(cè)驗(yàn)，作為心率監(jiān)控器材，心率追蹤腕帶還需進(jìn)一步研發(fā)。

心率追蹤腕帶的問題在于準(zhǔn)確度——其誤報(bào)心率的可能性很高。我的設(shè)備就誤報(bào)了，不過要不是有心電圖對(duì)比提醒的話，我完全發(fā)現(xiàn)不了。

Jon Zaroff博士是舊金山凱撒醫(yī)療集團(tuán)的心臟病學(xué)家，在他的幫助下我測(cè)驗(yàn)了一些心率追蹤腕帶的精準(zhǔn)度。他的辦公室里有一臺(tái)連接了心電圖儀跑步機(jī)。跑完一程后，儀器顯示我的心率是146，但我的Basis Carbon Steel腕帶顯示的心率只有93。重復(fù)了幾次測(cè)驗(yàn)，結(jié)果還是一樣——腕帶的精準(zhǔn)度和心電圖儀差距太遠(yuǎn)了。

我一口氣測(cè)試了5個(gè)主流心率追蹤設(shè)備。由下文的測(cè)試結(jié)果可知，今時(shí)今日的腕帶型移動(dòng)心率監(jiān)測(cè)設(shè)備，其光學(xué)傳感技術(shù)精準(zhǔn)度仍是欠佳。不過，這是相較心電圖儀而言。心電圖儀的工作原理是計(jì)算電子脈沖信號(hào)數(shù)，從而計(jì)算心跳頻率。心電圖儀多年來(lái)已久經(jīng)考驗(yàn)，小型心率監(jiān)測(cè)儀器都希望能達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)。

一般的使用者只是想要知道靜息心率（休息狀態(tài)下的心率），這樣的話智能腕帶也夠用了。沒有任何一家制造商聲稱自家腕帶適合專業(yè)運(yùn)動(dòng)員，并且大部分會(huì)和消費(fèi)者講清楚只能作日常使用，不得作為醫(yī)學(xué)用途。與此同時(shí)，只有在使用者停止運(yùn)動(dòng)的情況下，腕帶才能測(cè)出準(zhǔn)確心率。腕帶通常除了心率傳感器外，還會(huì)同時(shí)安裝可靠的動(dòng)作傳感器，檢測(cè)步數(shù)與運(yùn)動(dòng)類型。

不過，如果要評(píng)估整體運(yùn)動(dòng)效果的話，測(cè)七測(cè)八都不如在運(yùn)動(dòng)時(shí)檢測(cè)心率。如果你想在運(yùn)動(dòng)中知道自己是否達(dá)到某個(gè)心率水平，而不是停下來(lái)再看腕帶，目前只能選擇使用那種胸帶式的檢測(cè)設(shè)備，或者自己量脈搏。

想測(cè)心率？那就請(qǐng)安靜下來(lái)  

智能腕帶商家，如Basis Carbon Steel、三星家的Gear Fit和Withings Pulse O2，都賣力鼓吹自己將如何通過心率監(jiān)測(cè)提高使用者的生活質(zhì)量，在一些情況下，還能把心率數(shù)據(jù)提供給醫(yī)生。但據(jù)凱撒集團(tuán)的Jon Zaroff博士表示，通過腕帶獲取準(zhǔn)確的心率數(shù)據(jù)并不容易。

人體的復(fù)雜使得光學(xué)傳感技術(shù)難過精度關(guān)。胸帶式心率檢測(cè)儀模仿真正的心電圖儀，貼著胸口檢測(cè)電子脈沖信號(hào)，而智能腕帶只能通過光束追蹤血液循環(huán)。智能腕帶的工作原理是使用LED燈照亮毛細(xì)血管，與LED燈相連的傳感器便可測(cè)量流過光束照射區(qū)域的血液流動(dòng)速率（也就是心率）。過了一會(huì)，設(shè)備便能算出BPM（beats per minute，每分鐘心跳次數(shù)）的讀數(shù)。

為了得出讀數(shù)，光學(xué)傳感器要求使用者處于靜止?fàn)顟B(tài)——不許講話，不許移動(dòng)，不許拉伸肌肉，不許流汗，還不許扭過來(lái)扭過去。假如你的動(dòng)作干擾到了計(jì)算的話，設(shè)備會(huì)發(fā)出提醒（我們測(cè)試的5個(gè)設(shè)備中有3個(gè)彈出了要求安靜的提醒）。

還有另外一個(gè)問題。血液經(jīng)過循環(huán)進(jìn)入到腕部毛細(xì)血管內(nèi)時(shí)，流速事實(shí)上已經(jīng)慢下來(lái)，往往無(wú)法真實(shí)反映即時(shí)心率。Zaroff博士表示，特別是在BPM達(dá)到100以上時(shí)，速率的差異會(huì)更大。（有趣的是，測(cè)驗(yàn)結(jié)果表示，指尖動(dòng)脈能精確反映心率，即使在BPM值極高的情況下。）

由于只能在休息狀態(tài)下測(cè)量心率，腕帶產(chǎn)品都要求盡量避免讀數(shù)期間的動(dòng)作與干擾。三星建議我說(shuō)：“為了保證我們所能達(dá)到的最準(zhǔn)確的讀數(shù)，我們建議在讀數(shù)期間坐好不動(dòng)，或者把設(shè)備傳感器調(diào)整到最靠近血管的位置?！?

智能腕帶PK心電圖儀  

非醫(yī)用心率監(jiān)測(cè)儀由于不受FDA（美國(guó)食品與藥物管理局）監(jiān)管，其準(zhǔn)確率一直無(wú)人探秘。所以我們進(jìn)行了一場(chǎng)民間測(cè)驗(yàn)，用便攜式心電圖儀對(duì)比我們的智能腕帶產(chǎn)品。

受測(cè)試的智能腕帶有5款：Garmin VivoFit，Basis Carbon Steel，Withings Pulse O2，Samsung Gear Fit，以及Samsung Galaxy S5（該手機(jī)自帶了指尖傳感器）。

每款腕帶都進(jìn)行了兩項(xiàng)測(cè)試：一項(xiàng)在使用者休息狀態(tài)下讀數(shù)，另一項(xiàng)是在跑步機(jī)上下來(lái)后馬上讀數(shù)，每項(xiàng)測(cè)試重復(fù)3次。在后一項(xiàng)測(cè)試中，使用者會(huì)完全停下來(lái)，以便腕帶設(shè)備得出讀數(shù)。

測(cè)試結(jié)果十分明顯：大部分使用光學(xué)傳感器的智能追蹤腕帶只能在休息狀態(tài)下得出準(zhǔn)確（或近乎準(zhǔn)確）的靜息心率讀數(shù)，讀數(shù)值在70-80BPM左右。使用了胸帶的Garmin VivoFit成績(jī)鶴立雞群，無(wú)論是在休息狀態(tài)還是運(yùn)動(dòng)后狀態(tài)都達(dá)到了預(yù)期的精準(zhǔn)讀數(shù)。

在所有設(shè)備中，通過腕部讀取心率的光學(xué)傳感設(shè)備紛紛敗北，其中就包括Basis Carbon Steel 和Gear Fit。兩款設(shè)備要么在3次讀數(shù)中誤差甚大，要么就是數(shù)據(jù)和心電圖儀相去甚遠(yuǎn)，充分證明了現(xiàn)有光學(xué)傳感技術(shù)仍無(wú)法精準(zhǔn)讀取心率。

與之形成鮮明對(duì)比的是，Samsung Galaxy S5手機(jī)雖然也使用光學(xué)傳感器，但其讀取部位是指尖，而其內(nèi)置檢測(cè)儀得出的心率數(shù)據(jù)幾乎可以與心電圖儀達(dá)到神同步。

Galaxy S5的精準(zhǔn)要?dú)w功于挑對(duì)了地方。腕部的毛細(xì)血管狹窄，血液流速慢；而指尖卻有一條直通心臟的動(dòng)脈血管，流速緊隨心臟每一次的怦動(dòng)。指尖皮膚呈半透明，有利于光的穿透，這進(jìn)一步方便了光學(xué)傳感器在指尖的讀數(shù)。

腕帶測(cè)心率的又一難題：膚色  

即使在休息狀態(tài)下，Basis Carbon Steel 和Samsung Gear Fit所面臨的也不僅僅是毛細(xì)血管流速慢的問題。

一個(gè)潛在的難關(guān)便是膚色。據(jù)Basis公司的首席執(zhí)行官與聯(lián)合創(chuàng)始人Bharat Vasan表示：“（設(shè)備要讀數(shù)，）光束必須穿透好幾層皮層……所以一個(gè)人在菲氏量表（測(cè)量膚色的量表）中測(cè)得的膚色越深，光束便越難從血管反射回來(lái)。如果是一個(gè)膚色非常蒼白的人，剛好又處在光線非常明亮的情境下，光束又很容易散掉。我們正通過技術(shù)解決膚色不同帶來(lái)的測(cè)量問題。膚色越深，射出光束就越亮，膚色越淺，光束就越少?！?

我們也從用戶反饋中窺得其中端倪。一位Samsung Gear 2的黑人用戶表示：“膚色深的人根本用不了！我膚色還不算最深的，但是設(shè)備卻沒有一次能正常工作。而當(dāng)我把傳感器移到指尖（我手上膚色較淺的地方），設(shè)備就能好好運(yùn)作?！?

我又分別詢問了Basis和Withings公司關(guān)于測(cè)量誤差的問題，他們都提供了替換零件，同時(shí)表達(dá)了對(duì)自家產(chǎn)品精準(zhǔn)度的信心。Basis堅(jiān)稱他們的設(shè)備在極高的BPM值中也可以保持準(zhǔn)確率。我期待替換零件來(lái)了之后，再進(jìn)行第二回合的測(cè)試，以驗(yàn)證官方說(shuō)法。

對(duì)腕帶設(shè)備來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)心率不是唯一意義

如果你已經(jīng)入手了一枚腕帶設(shè)備，你可能只能用來(lái)看看（還能算準(zhǔn)確的）靜息心率。對(duì)大部分人來(lái)說(shuō)，沒事看看心率的確沒什么用處，但是心率的意義不止于此——活動(dòng)類型的記錄，睡眠呼吸的監(jiān)測(cè)，這些功能一樣對(duì)健康有著重要意義。

Zaroff博士表示：“對(duì)一個(gè)心率正常的普通人來(lái)說(shuō)，追蹤靜息心率確實(shí)沒有太大意義?！钡撬瑫r(shí)表示，一個(gè)人也可以在經(jīng)過多月的鍛煉后，看到靜息心率的顯著下降。而在普通人之外，腕帶可能對(duì)心律不齊或有其它監(jiān)測(cè)心率需要的心臟病病人更有用處。