為什麼Apple Watch心率監測那麼準?揭秘

2021-02-13 一樓土木人

Apple Watch 的心率監測到底準不準?這一點估計每一個人都有自己的主觀感受。不過無論你的評價如何,在權威人士的眼裡,Apple Watch 至少在所有腕上智能設備裡是最準的。那麼 Apple Watch 測心率究竟有多準?它的奧妙何在?

測心率,Apple Watch 就是準

儘管對於不少人來說,智能手錶以及智能腕帶等設備算不上是什麼非常嚴肅的醫療工具,但因為它逐漸變大的佔有率,這些產品還是引起了專家們的關注。克利夫蘭醫學中心心血管研究所(Cleveland Clinic’s Heart and Vascular Institute)的科學家日前對市面上最流行的四個心率監測設備進行了測試,他們得到的結論是 Apple Watch 在這之中是最準確的。

參與測試的除了 Apple Watch,還有 Fitbit Charge HR、Mio Alpha 和 Basis Peak,這些都是相對比較有口碑的消費級設備。50 個測試者連接心電圖,戴上這些設備分別進行靜止、行走和奔跑。這些運動結束後,消費級設備顯示的數據就要和專業設備的數據進行比較,看看其中的差異。

該醫療中心的心臟康復專家戈登·布萊克本(Gordon Blackburn)公布了測試結果:Apple Watch 和主打心率監測的 Mio Alpha 在大多數情況下都達到了 90% 的準確率,而另外兩款設備都「只有 80% 出頭」。儘管參與測試的其實還有一個消費級胸帶型心率監測器,而且達到了 99% 的準確率,但考慮到 Apple Watch 作為腕帶型設備有著天然的劣勢,這樣的成績已經很讓人驚訝了。

既然話說到這兒那麼問題就來了,Apple Watch 作為一款限制在手腕上的消費級智能設備,它到底是如何保證一個足夠令人滿意的正確率的呢?要了解這些,我們還得從腕部心率監測的原理說起。

手錶腕帶如何看破我們的心跳

戴在手腕上的智能手錶或智能腕帶是如何做到心率監測的呢?關鍵就在我們人體內的血液流通。這類設備就目前來說,採用最普遍的是光學感應技術。設備底部放出綠色 LED 光照在手腕上。因為血液是紅色的,會吸收綠光,所以當組織內的血液隨著心臟跳動增減時,衡量這種吸光量變化的頻率,然後用適當的算法來將其轉換成心跳讀數,就可以判斷一個人的心率了。

這樣的監測方法簡單、有效,然而卻有一個天然的劣勢。因為它需要有光照射在皮膚上,任何的不理想狀況都可能會影響到準確率。設備戴得太松,它在手腕上的鬆動會造成光照定位不準;如果戴得緊了,血流量被限制,結果還是不準。

這一點在測試中被體現得淋漓盡致。研究人員表示,志願者靜止不動的時候所有設備的讀數還算是比較準確的。一旦開始運動起來,設備不可避免會在手腕上活動,造成監測結果嚴重偏差,甚至完全失去了準頭。運動越是激烈,讀數就越不靠譜。

那麼,蘋果究竟是用了怎樣的手法,成功避免遭遇像 Fitbit,Basis Peak 這樣的悲劇呢?其實這其中並沒有太多「高大上」的技術,仍然是蘋果特有的成熟好用。

  

蘋果的絕招

蘋果在 Apple Watch 上所應用的心率監測技術,其實本質仍是我們剛才介紹過的那些,通過 LED 燈和血液對光的吸收來識別心率。不過,蘋果在這之中又加了一些新東西。

根據蘋果所申請的一份專利中的描述,它確實充分意識到了傳統的 PPG 方案容易受到各種幹擾的弊端。因此,Apple Watch 除了必須要有的一根導光管外,還有另外一根。其中一根導光管緊貼用戶的皮膚,和手錶底部的表面擁有同樣的弧度;第二根導光管則埋在 Apple Watch 內部,不與用戶發生直接的接觸。

這樣一來,Apple Watch 在進行監測時就能夠得到兩個獨立的光信息,一個準確但更容易受到手錶鬆動的幹擾,另一個相對模糊但不容易受到幹擾。通過一個特製的算法,這兩部分信息就能夠進行交叉對比,然後計算修正最終得出一個相對靠譜的讀數。

通過描述我們就可以看到,蘋果仍然堅持自己的風格,採用了目前最成熟的技術。不同的是,它在傳統的獲取血流量信息的方案基礎上,又添加了一個驗證和修正的過程。這樣一來,系統就不會將因為各種幹擾得出的錯誤讀數全盤接收,而是多留一個「心眼」,通過和一個相對模糊但大致正確的監測結果進行對比,以此來判斷自己是不是錯得離譜了。

當然了,即便如此 Apple Watch 作為腕上設備,它對心率的監測效果肯定是不如專業的設備,甚至是那些消費級心率監測胸帶的。另外 Apple Watch 手段獨到也不意味著你在跑步的時候可以把錶帶弄得松松垮垮,畢竟這仍然會極大影響到它讀數的準確性。作為普通的用戶,我們正常去使用,那些數據作為一個參考就可以了。

蘋果還要精益求精?

不久前蘋果申請的一項新專利公開,我們因此發現了一個非常有趣的創意:指紋識別和虹膜識別都已經不新鮮了,蘋果要用 Apple Watch 的心率感知來識別用戶。這也就是說,未來的驗證甚至不需要我們專門去「按拇指」,只要手錶認出了自己的主人,那麼這就算通過了,確實也要方便得太多。

除了方便外,我們或許還能夠提取出一個信息,那就是 Apple Watch 的心率監測有望能變得更加細膩精確,以至於能夠在不同環境下正確識別到人。蘋果會採用新的算法?還是在新的硬體中實現這個功能?這些都是尚未知曉,但是值得期待的事情。

毫無疑問 Apple Watch 將遵循蘋果的理念,繼續朝著注重醫療保健的大方向發展。通過在日常生活中收集醫療數據,然後將這些信息共享到網絡平臺,或是醫療機構。蘋果正在與各種醫療以及科研組織展開合作,整個生態一旦搭建完成,Apple Watch 未來或許就真的和我們的健康生活息息相關了。通過這一次的專業測試,以及 Apple Watch 的心率監測原理分析,我們可以看到它確實是值得信賴的。再過幾年,Apple Watch 將會進化到一個什麼樣的程度呢?

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