《2021健康消費(fèi)洞察報(bào)告》顯示，我國(guó)多數(shù)家庭的年度健康消費(fèi)額在500元至5000元區(qū)間，人們?cè)絹?lái)越愿意為健康買單。今天就是“雙十一”了，相信許多人可能已經(jīng)買了一些健康好物。
如今，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)的普及，智能手環(huán)、健身鏡、智能體重秤等能為人們健康“添磚加瓦”的智能裝備層出不窮。
那么，這些產(chǎn)品的原理是什么？使用它們有何注意事項(xiàng)？就此科技日?qǐng)?bào)記者采訪了相關(guān)專家。
骨傳導(dǎo)耳機(jī)：通過(guò)振動(dòng)頭骨使人感知聲音
很多人在跑步、健身時(shí)都喜歡有音樂(lè)相伴，覺(jué)得這樣運(yùn)動(dòng)起來(lái)更輕松。目前，骨傳導(dǎo)運(yùn)動(dòng)耳機(jī)是運(yùn)動(dòng)圈頗受歡迎的耳機(jī)之一。該耳機(jī)不需要像傳統(tǒng)耳機(jī)或耳麥一樣貼近外耳道或罩住耳朵，只需把耳機(jī)掛在耳朵上，讓其平整的一面接觸到耳側(cè)的皮膚，就可以聽(tīng)音樂(lè)了。
“其實(shí)，骨傳導(dǎo)耳機(jī)的工作原理并不復(fù)雜。”天津大學(xué)智能醫(yī)學(xué)工程教育部工程研究中心副主任倪廣健解釋道，正常人形成聽(tīng)覺(jué)感知的方式有兩種：一種是空氣中的聲波經(jīng)過(guò)外耳道、中耳聽(tīng)骨鏈，再經(jīng)過(guò)耳蝸的處理形成神經(jīng)沖動(dòng)，最終傳導(dǎo)至大腦聽(tīng)覺(jué)中樞、產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)；另一種則不需要接力式的傳遞過(guò)程，只需利用顱骨振動(dòng)“激勵(lì)”耳蝸形成神經(jīng)沖動(dòng)。
在日常生活中，骨傳導(dǎo)聲音的現(xiàn)象并不少見(jiàn)，比如咀嚼食物、撓頭或捂住雙耳自言自語(yǔ)，我們能夠“聽(tīng)”到這些聲音，都是骨傳導(dǎo)的“功勞”。
“骨傳導(dǎo)耳機(jī)就是基于骨傳導(dǎo)原理設(shè)計(jì)制造的。”倪廣健介紹道，骨傳導(dǎo)耳機(jī)把聲音轉(zhuǎn)化為不同頻率的振動(dòng)，通過(guò)振動(dòng)顱骨使人感知到聲音。
由于能夠“敞開(kāi)”雙耳，骨傳導(dǎo)耳機(jī)解決了傳統(tǒng)耳機(jī)長(zhǎng)時(shí)間佩戴不適以及出汗帶來(lái)的系列衛(wèi)生問(wèn)題。
2021年世界衛(wèi)生組織公布，目前全球12到35歲的年輕人中，有約11億人面臨著不可逆轉(zhuǎn)的聽(tīng)力損失風(fēng)險(xiǎn)，而個(gè)人音頻設(shè)備音量過(guò)大是造成聽(tīng)力下降的主要原因。不恰當(dāng)?shù)厥褂枚鷻C(jī)導(dǎo)致了很多聽(tīng)力問(wèn)題，如耳鳴、耳聾等。
“使用骨傳導(dǎo)耳機(jī)時(shí)，聲波不經(jīng)過(guò)外耳道和鼓膜間的空氣，而是直接將顱骨結(jié)構(gòu)作為傳聲介質(zhì)，因此能夠過(guò)濾掉一些刺耳的電子音，讓聲音變得更柔和。”倪廣健說(shuō)。
當(dāng)然，使用骨傳導(dǎo)耳機(jī)也不意味著可以“任性”聽(tīng)音樂(lè)。倪廣健提醒道，若音量過(guò)大，即便使用骨傳導(dǎo)耳機(jī)，依舊會(huì)傷害我們的聽(tīng)力。因此，要盡量避免長(zhǎng)時(shí)間佩戴耳機(jī)，使用超過(guò)1小時(shí)后最好停下來(lái)休息5到10分鐘，而且耳機(jī)音量不要超過(guò)60%。
健身鏡：通過(guò)攝像頭捕捉人體動(dòng)作軌跡
在后疫情時(shí)代，居家健身成為越來(lái)越多人的選擇。健身鏡作為一種家用智能健身裝備，因能夠讓人們充分利用在家中的碎片時(shí)間鍛煉身體而受到青睞。
“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，健身鏡是通過(guò)攝像頭捕捉人體動(dòng)作軌跡，為鍛煉者實(shí)時(shí)指導(dǎo)動(dòng)作姿勢(shì)；在游戲化互動(dòng)健身課程模塊下，為用戶提供沉浸式健身體驗(yàn)。”天津大學(xué)醫(yī)學(xué)部主任助理孟琳介紹道，相關(guān)廠家多數(shù)會(huì)為用戶提供付費(fèi)健身課程，如瑜伽、有氧舞、普拉提、搏擊操、力量訓(xùn)練等。
相較于其他視頻健身課程，健身鏡的優(yōu)勢(shì)在于其實(shí)時(shí)互動(dòng)性及對(duì)動(dòng)作的糾錯(cuò)能力，這很大程度依賴于產(chǎn)品內(nèi)部的人工智能動(dòng)作識(shí)別與交互算法。
孟琳介紹，健身鏡內(nèi)置攝像頭可通過(guò)圖像處理方法捕捉人體骨骼點(diǎn)，建立人體骨骼運(yùn)動(dòng)模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)追蹤關(guān)節(jié)姿態(tài)，從而對(duì)動(dòng)作予以指導(dǎo)糾正。由于普通的攝像頭只能捕捉二維人體圖像，使用者所在位置角度、背景環(huán)境復(fù)雜度及旁人遮擋等都會(huì)影響其實(shí)際捕捉效果，這也是為什么一些使用者會(huì)覺(jué)得動(dòng)作糾正功能不穩(wěn)定的主要原因。
“除此之外，健身鏡的硬件配置也決定了其不能實(shí)現(xiàn)對(duì)于人體關(guān)節(jié)角度的高精度檢測(cè)與關(guān)鍵肌肉發(fā)力部位的定位，無(wú)法達(dá)到精準(zhǔn)矯正動(dòng)作的目的。”孟琳說(shuō)，智能健身鏡更多的是為不想去健身房的人提供了一個(gè)在家鍛煉的有趣環(huán)境，他們可以利用碎片化時(shí)間進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的有氧訓(xùn)練。
“健身鏡可能更適合比較宅或是不好意思去健身房的人。”孟琳建議，該類商品的售價(jià)不低，大家在購(gòu)買時(shí)一定要從實(shí)際情況出發(fā)，理性選擇符合自己實(shí)際需求的產(chǎn)品。
智能體重秤：用生物電阻測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量
如今體重秤“內(nèi)卷”嚴(yán)重，它早已不滿足于只能稱重了。智能體重秤不僅能夠測(cè)量體脂率、肌肉含量，甚至還可以與手機(jī)App結(jié)合起來(lái)進(jìn)行健康管理。
“現(xiàn)有智能體重秤一般采用生物電阻測(cè)量法來(lái)測(cè)量生物電阻（人體抗阻），然后再利用生物電阻來(lái)計(jì)算脂肪量，在短時(shí)間內(nèi)就可以獲得較準(zhǔn)確的測(cè)量值。”天津大學(xué)醫(yī)學(xué)部教師李爽解釋道，根據(jù)人體內(nèi)各種成分導(dǎo)電度不同的原理，生物電阻測(cè)量法將人體組織簡(jiǎn)單地分為脂肪組織與非脂肪組織。非脂肪組織（如體液、肌肉等）含有水分和電解質(zhì)，是電的良導(dǎo)體；而脂肪是無(wú)水物質(zhì)，是不良導(dǎo)體。測(cè)量時(shí)，智能體重秤的電極片會(huì)向被測(cè)者發(fā)出極微小的電流，若其身體脂肪率高，所測(cè)得的生物電阻值就較大。
同時(shí)，智能體重秤常與App一起使用，當(dāng)用戶在App中輸入自己的性別、年齡、身高等數(shù)據(jù)后，軟件會(huì)結(jié)合用戶信息和體脂數(shù)據(jù)，推算出其基礎(chǔ)代謝率、蛋白質(zhì)率等數(shù)據(jù)。
“嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，采用上述方法測(cè)出的，并不是人體的全部阻抗，還需要后期算法擬合出人體的各種成分?jǐn)?shù)據(jù)，才能得出我們最后看到的數(shù)值，所以結(jié)果僅供參考。”李爽表示，醫(yī)用體脂儀利用的雖然也是生物電阻測(cè)量法，不過(guò)除了需赤腳站到儀器上外，還需雙手握住顯示屏兩邊帶金屬電極片的手柄，讓更多、更大面積的電極接觸人體，以提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度。另外，人體的電阻值受很多方面因素的影響，進(jìn)食、喝水、運(yùn)動(dòng)等都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差。
李爽建議道，在使用智能體重秤時(shí)，要將其平放在地面，赤腳稱重；測(cè)量前應(yīng)避免劇烈運(yùn)動(dòng)，也不要在大量進(jìn)食、喝水和沐浴后進(jìn)行測(cè)量。比較合適的測(cè)量時(shí)間段是起床后1小時(shí)、睡覺(jué)前1小時(shí)和三餐后1小時(shí)。
智能手環(huán)：主要靠PPG傳感器實(shí)現(xiàn)功能
如今，智能手環(huán)已成為許多人的標(biāo)配，人們用它來(lái)監(jiān)測(cè)血壓、血氧、心率等指標(biāo)，尤其是監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)這些指標(biāo)的變化，以避免運(yùn)動(dòng)給身體帶來(lái)傷害，同時(shí)也為制定運(yùn)動(dòng)計(jì)劃提供參考。
那么，這樣一個(gè)小小的手環(huán)，是如何做到對(duì)我們的血壓、血氧、心率、行走步數(shù)、睡眠質(zhì)量等指標(biāo)了如指掌的呢？
“實(shí)現(xiàn)這些功能主要依靠光電容積脈搏波描記法（PPG）傳感器，它也常被用于生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)中。”李爽介紹道。
利用PPG傳感器或者采用PPG傳感器與心電圖（ECG）相結(jié)合的形式，再搭配上一定的算法，智能手環(huán)就能夠估算出被測(cè)者的血壓。
智能手環(huán)測(cè)血氧則是通過(guò)智能手環(huán)所采用的血氧傳感器，將紅光和紅外光射向被測(cè)者腕部，再通過(guò)另一側(cè)的光電二極管接收反射光線，而后通過(guò)計(jì)算出發(fā)射與接收的光強(qiáng)差來(lái)估算出血氧值。
智能手環(huán)監(jiān)測(cè)心率，是將透射型光電傳感器的發(fā)光管和光敏接收器置于所測(cè)組織的兩側(cè)，而后將發(fā)光管發(fā)出的入射光穿過(guò)皮膚進(jìn)入深層組織，透射光線被光敏接收器接收，以此來(lái)反映出血管內(nèi)血液體積隨心臟泵血的變化幅度，最后通過(guò)專業(yè)計(jì)算得出被測(cè)者的心率。
“智能手環(huán)一般通過(guò)三軸加速度傳感器來(lái)計(jì)步。”李爽介紹道，它能夠感知物體運(yùn)動(dòng)的方向與加速度大小，通過(guò)測(cè)量走路的方向和加速度，再配合能夠判斷設(shè)備處于水平或是垂直位置的加速度計(jì)，就能實(shí)現(xiàn)計(jì)步。除此之外，利用軟件算法，再依靠三軸加速度傳感器來(lái)實(shí)時(shí)捕捉各項(xiàng)數(shù)據(jù)，而后經(jīng)過(guò)濾波、峰谷檢測(cè)等步驟，最終將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成智能手環(huán)App端的可讀數(shù)字，使用者的行走步數(shù)、運(yùn)動(dòng)消耗的卡路里等數(shù)值就被呈現(xiàn)出來(lái)了。
通過(guò)以上介紹，我們可以看到，智能手環(huán)需要通過(guò)光束穿透皮膚來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這就要求它需與被測(cè)者的手腕緊緊貼合。但是在現(xiàn)實(shí)中，使用者許多時(shí)候都是處在非靜止的狀態(tài)，比如在走路、健身、吃飯時(shí)我們的手部都在活動(dòng)。此時(shí)，腕部皮膚與智能手環(huán)肯定會(huì)產(chǎn)生一定的間隙。當(dāng)我們出汗時(shí)，汗液也會(huì)對(duì)光的吸收率產(chǎn)生一定影響，進(jìn)而影響檢測(cè)的精度。
“因此大家要明白，智能手環(huán)只是一種消費(fèi)類電子產(chǎn)品，并非醫(yī)用儀器，其監(jiān)測(cè)精度肯定不如專業(yè)器械。智能手環(huán)測(cè)量的結(jié)果僅供大家參考，絕不能以此估算出數(shù)值，作為醫(yī)學(xué)診斷治療的依據(jù)。”李爽提醒道。
