事实证明:手腕或许并非追踪健康状况的最佳部位
1 天前 / 阅读约13分钟
来源:CNET
穿戴式设备传感器的位置会影响健康数据的准确性,不同的位置适合不同的指标。PPG技术受位置和肤色等因素影响,算法可补偿其不足。穿戴位置的选择需考虑指标、贴合度及采样频率。

Vanessa Hand Orellana/Jeffrey Hazelwood/CNET

自打我关注起健康与健身追踪设备(基本上是从这类产品问世起),它们就与手腕紧密相连:Apple Watch、Fitbit、Garmin、Samsung Galaxy Watch。当然,也存在例外情况,但多数可穿戴设备都是为手腕量身打造的,这或许和一个世纪前怀表从口袋移至手腕的原因相同:图个方便。此前没人真正对此产生过质疑,至少我没有。

直至我评测了Whoop手环。

Whoop手环乍一看和其他手腕追踪设备并无二致,只是没有屏幕,而且它的传感器能够放置在不同位置,以被动的方式测量健康数据。在察觉到臂带对睡眠更有帮助后,我开始探索其他佩戴方式。同一个传感器既可佩戴在上臂,也能塞进运动胸罩,甚至还能夹在内衣里。

真正让我开启“侦探模式”的,是Whoop丁字裤(没错,真有这玩意儿)。内衣里的传感器能否像手腕上的传感器那样,以相同的准确度追踪同样的指标,这让我觉得有些牵强。Whoop在其网站上售卖所有这些配件,这表明其对这些数据是予以支持的,但我依旧心存疑虑。

如今的可穿戴设备可不只是单纯计步。它们能够识别心房颤动的迹象、检测睡眠呼吸暂停、估算血压趋势、追踪激素模式等等。可穿戴设备并非医疗级设备,不能取代专业意见或治疗手段。不过,其检测结果正愈发接近临床级精度。

设备也完全从手腕上“转移”开来。Oura Ring和其他智能戒指从手指处追踪生命体征,耳塞(像Apple的AirPods Pro 3)也增添了心率传感器。Lumia等公司还在尝试在耳环中内置传感器。

作为一个经常训练且依赖这些数据来指导锻炼和恢复的人,我十分好奇佩戴位置是否重要,如果重要,其影响程度又有多大。于是,我向研究人员请教。我发现传感器位置确实会对准确性产生影响,但它并非唯一的影响因素。贴合度、一致性,以及最为关键的、你所追踪的具体指标,或许比可穿戴设备的佩戴位置影响更大。

可穿戴设备怎样读取你的身体数据

要明白为什么可穿戴设备的佩戴位置至关重要,就得了解这些传感器的工作原理。多数设备运用的是名为光电容积脉搏波描记法(PPG)的光学传感器,这是一种基于光的技术,用于测量皮肤下的血流情况。当心脏跳动时,血液涌入血管,吸收更多光线。在心跳间隙,血液减少意味着更多光线反射回传感器。这种波动便是手表检测心率、血氧水平等的方式。

你的智能手表通过向皮肤照射绿光,并测量反射回来的光量来检测心率。Viva Tung/CNET

与之相比,心电图(ECG)是临床医生评估心脏状况的“金标准”,因为它借助皮肤上的电极捕捉触发每次心跳的电信号。

“心脏的电活动在心跳期间有一个极为尖锐的峰值,我们可以利用它来进行非常精确的计时,”加州大学旧金山分校的医学助理教授Joshua Barrios说道,“PPG测量的是下游血流,信号看起来更为平滑、圆润,所以精确计时难度更大。”

心电图就好似鹅卵石落入水中,而PPG则像是涟漪。两者都有其作用,但一个更接近源头。

Barrios称,要获取可靠的PPG信号,需要满足三个条件:高灌注(大量毛细血管)、最小运动(贴合)以及理想情况下是透射光,即传感器捕捉穿过皮肤和组织的光线,就像脉搏血氧仪夹在手指上时两侧都有传感器一样。消费级可穿戴设备大多采用反射光,将光从皮肤反射回来,而非穿过皮肤,这天然地降低了精度。

值得注意的是,PPG精度在所有肤色上并非一致。研究表明,深色皮肤中较高的黑色素浓度以及纹身会吸收更多光线,干扰传感器获取清晰读数的能力,特别是对于外周毛细血管血氧饱和度(SpO2)。FDA已将此列为持续关注的问题,尽管许多制造商表示已改进算法,但关于这些修复措施在实际应用中效果如何的独立研究仍然有限。

不同指标,不同规则

在医生办公室,你的生命体征是从身体不同部位测量的,这有其缘由。每个部位都有其理想的测量位置:血压从手臂袖带测量,血氧饱和度从指尖夹子测量,心率和节律从胸部电极测量,体温从舌下或额头测量。

消费级可穿戴设备试图从手腕的一个位置完成所有这些测量,这堪称工程上的壮举,但也存在取舍。高级算法可以补偿运动和其他信号干扰,但这些终究是健康工具,并非医疗设备。

离心脏越近,读数越精准

即便是PPG传感器,离源头(即相关器官)越近,信号越清晰,读数也就越精准。影响程度取决于你所追踪的内容。

“在可穿戴设备中,胸部或上臂测量比手腕或手指精准得多,”Barrios说。像Whoop的运动胸罩配件这样的胸部传感器最适合追求精准度的情况。

Whoop的运动胸罩有一个内置口袋,可将传感器固定在胸部。Whoop

心率是相对“宽容”的指标之一。斯坦福大学遗传学教授兼个性化医学中心主任Michael Snyder定期对消费级可穿戴设备进行准确性测试,他说不同设备和位置的差异比大多数人想象的要小。

“它们对心率、手腕以外的心率变异性来说足够精准——与临床设备相差每分钟几次心跳,但对于你需要测量的内容来说已经足够好了,”他说。

在他的测试中,多数设备在正常条件下彼此相差约每分钟两次心跳。对于大多数用途而言,这足以追踪健身和恢复情况。但对于更严重的疾病,如心律失常,最好将这些读数作为与医生对话的起点,而非临床诊断。

“我认为呼吸(每分钟心跳次数)由多个参数捕捉,最好在离肺部更近的地方测量,”Snyder说。

血压是设备位置不可互换的最明显例子。

“脚踝处的血压比手臂高得多,”Snyder说。即便从另一侧手臂测量血压,结果也可能略有不同。

尽管目前没有消费级可穿戴设备能直接测量血压(无需传统袖带的某种校准),但少数设备,如Apple Watch和Samsung Galaxy Watch可以追踪趋势。特别是Apple Watch,在检测到高血压迹象时可以提醒人们,然后你可以将这些信息带给医生。

Apple Watch Series 11上的高血压通知。Vanessa Hand Orellana/CNET

规则的一些例外

对于SpO2而言,可见性比接近度更为重要。较薄的皮肤让光线更容易穿透。

“指尖和耳垂有很好的毛细血管床,透射光可以到达,”Barrios说,尽管他指出指尖不适合长时间佩戴。

智能戒指和耳塞,如AirPods Pro 3保留了一些优势,但它们仍使用反射光而非透射光,限制了精度。它们也暴露在环境中,低温会收缩血管并降低读数。

耳朵是最新兴的领域,可能在生理上优于其他位置,尽管关于准确性的研究仍在追赶产品的发展。无论是塞入耳塞还是隐藏在智能耳环中,同样的变量依旧适用。Apple对AirPods Pro 3的指导很明确:贴合度、低温和清洁度都会像在手腕上一样影响准确性。

Apple的AirPods Pro 3内置心率传感器,位于耳朵内。 Apple/CNET

体温遵循自身的规则,甚至可能得益于暴露在开放空气中。Snyder指出,下背部位置(你好,Whoop丁字裤)可能更容易受到环境干扰,身体热量被椅子困住可能导致读数高于实际体温。

相比之下,手腕更持续地暴露在环境条件下,这或许使其成为比最初看起来更可靠的体温追踪位置。

手腕:方便且比你想象的更有“实力”

依据现有证据,手腕似乎并非测量健康数据的理想位置。

“对于手表形式的智能传感器而言,这是一个自然的位置,但实际上对于PPG传感器来说,这是一个相当差的位置,”Barrios说。与指尖相比,它有更多软骨和骨骼,毛细血管较少,且容易受到运动干扰,特别是在高强度运动期间。对于某些指标,它也离源头更远。

但方便是有其价值的。即便我知道胸带更精准,我99%的时间仍只戴智能手表跑步。让我睡觉时在胸部佩戴设备也着实难以接受。腕戴设备继续主导市场并非偶然,公司如今已经能够弥补一些不足。

多数现代腕戴追踪器现在运用复杂的算法过滤运动和其他噪音,即便在不太理想的位置也能获得惊人的精准读数。

心率是最显著的例子。在我自己的30英里准确性测试中,将五款智能手表与Polar H10胸带进行比较,Apple Watch Series 11表现最佳,误差率低于1%。部分原因在于它如何处理强度。

据Snyder观察,Apple Watch的准确性源于其算法,该算法会随着你运动强度的增加而动态提高心率采样频率。

“当你心率上升时,你需要更高分辨率的设备,而Apple Watch的设计实际上是在你心率升高时进行更多测量,”他说。

一致性是关键

可穿戴设备弥补其局限性的另一种方式是通过持续佩戴。没有设备能比得上直肠温度计或指尖脉搏血氧仪的准确性,但那些只是短暂的快照。可穿戴设备会佩戴数小时,通常整夜,这使其算法可以过滤掉错误读数,并在更大的干净数据池中取平均值。

然而,Snyder很快便指出,电池续航能力是一大短板。目前,大多数Apple Watch型号仍需每日充电,包括我在内的多数人都会选择在夜间充电,而恰恰这个时间段,是捕捉许多关键健康指标的最佳时机,比如静息心率、心率变异性(HRV)、体温以及血氧饱和度(SpO2)。这也就是为什么,尽管Apple Watch在准确性上占有优势,Snyder却并不推荐将其作为首选健康监测设备。

“对于大多数人而言,Fitbit或Garmin可能更为合适,因为它们能保持较长的续航时间……而夜间正是进行健康监测的黄金时段,”他解释道。智能戒指亦是如此。虽然它们的读数频率可能不如手表高,但得益于更长的电池寿命和更小巧的体积,它们更有可能被用户全天候佩戴。

Oura Ring智能戒指一次充电可持续使用约一周,而Apple Watch则大约需要每24小时充电一次。图片来源:Celso Bulgatti/CNET

关于你的健康数据,有一点需要注意

在调整可穿戴设备的佩戴位置之前,了解数据收集后的去向显得尤为重要。与医生的健康记录不同,大多数身体穿戴设备所收集的数据并不受《健康保险流通与责任法案》(HIPAA)的保护,该法案是规范医疗隐私的联邦法律。

这意味着,你的设备所收集的生物特征数据,包括心率、睡眠模式、月经周期追踪以及血氧水平等,可能会根据平台的隐私政策,与第三方共享,用于训练AI模型或进行出售。各公司的政策千差万别,而这些关键信息的披露,往往隐藏在大多数人从未仔细阅读过的条款之中。

如果你依赖可穿戴设备进行超出休闲健身追踪的任何用途,那么花几分钟时间查看你所使用平台的隐私政策,并检查是否存在限制数据共享的选项,将是十分值得的。

重点来了:可穿戴设备应该戴在哪里

就当前的可穿戴设备而言,传感器的放置位置确实会对读取质量产生影响,而且没有一个位置能在所有健康指标上都达到最佳效果。但无论你追踪的是什么健康指标,都有一些通用的原则可以遵循。

一般来说,传感器越靠近信号源,读取质量就越好。不过,对于大多数仅追踪整体健康和健身状况的人来说,这种差异其实微乎其微,一款设计精良的手腕追踪器就足以弥补这一差距。

除了位置,贴合度也同样重要。紧贴手腕的手环,其表现通常要优于松垮的戒指。运动伪影是光电容积脉搏波(PPG)传感器产生误差的最大来源,而持续接触则能有效减少这些误差。如今,许多可穿戴设备都采用了算法来识别和丢弃损坏的数据,但这些算法需要从更多干净数据中提取信息才能更好地工作。因此,长期持续佩戴与佩戴位置同样重要。

高级算法能够承担大部分繁重的数据处理工作,尤其是在高强度运动期间。采样频率更高的可穿戴设备,或者能够根据运动强度动态增加采样频率的设备,在整体上会更加准确。在休息或睡眠期间,较低的采样率就足够了。而在冲刺或高强度间歇运动期间,提高采样率的设备则能够捕捉到固定低分辨率传感器完全错过的峰值数据。

关于手腕与手指的佩戴位置之争,基本上难分伯仲,但有一个例外情况。对于日常健康指标监测而言,只要贴合度相当,手腕和手指的读数相差大约每分钟两拍。戒指的不足之处在于高强度运动期间:由于其电池体积较小,限制了采样频率,因此当心率较高时,它可能会错过一些尖锐的峰值数据。

那么Whoop腰带呢?目前的结果尚无定论。我找不到任何已发布的数据来支持其优势,甚至连专家也对此感到困惑。但基于以上所有分析,腰线位置可能并不是你进行健康监测的最佳选择(至少就准确性而言)。我近期不会放弃我的智能手表来转用它。不过,话说回来,胸罩夹子我倒可能愿意尝试一番。