《2021健康消費(fèi)洞察報告》顯示，我國多數(shù)家庭的年度健康消費(fèi)額在500元至5000元區(qū)間，人們越來越愿意為健康買單。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)？就此科技日報記者采訪了相關(guān)專家。
骨傳導(dǎo)耳機(jī)：通過振動頭骨使人感知聲音
很多人在跑步、健身時都喜歡有音樂相伴，覺得這樣運(yùn)動起來更輕松。目前，骨傳導(dǎo)運(yùn)動耳機(jī)是運(yùn)動圈頗受歡迎的耳機(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，就可以聽音樂了。
“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，正常人形成聽覺感知的方式有兩種：一種是空氣中的聲波經(jīng)過外耳道、中耳聽骨鏈，再經(jīng)過耳蝸的處理形成神經(jīng)沖動，最終傳導(dǎo)至大腦聽覺中樞、產(chǎn)生聽覺；另一種則不需要接力式的傳遞過程，只需利用顱骨振動“激勵”耳蝸形成神經(jīng)沖動。
在日常生活中，骨傳導(dǎo)聲音的現(xiàn)象并不少見，比如咀嚼食物、撓頭或捂住雙耳自言自語，我們能夠“聽”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，通過振動顱骨使人感知到聲音。
由于能夠“敞開”雙耳，骨傳導(dǎo)耳機(jī)解決了傳統(tǒng)耳機(jī)長時間佩戴不適以及出汗帶來的系列衛(wèi)生問題。
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)的聽力損失風(fēng)險，而個人音頻設(shè)備音量過大是造成聽力下降的主要原因。不恰當(dāng)?shù)厥褂枚鷻C(jī)導(dǎo)致了很多聽力問題，如耳鳴、耳聾等。
“使用骨傳導(dǎo)耳機(jī)時，聲波不經(jīng)過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)，因此能夠過濾掉一些刺耳的電子音，讓聲音變得更柔和。”倪廣健說。
當(dāng)然，使用骨傳導(dǎo)耳機(jī)也不意味著可以“任性”聽音樂。倪廣健提醒道，若音量過大，即便使用骨傳導(dǎo)耳機(jī)，依舊會傷害我們的聽力。因此，要盡量避免長時間佩戴耳機(jī)，使用超過1小時后最好停下來休息5到10分鐘，而且耳機(jī)音量不要超過60%。
健身鏡：通過攝像頭捕捉人體動作軌跡
在后疫情時代，居家健身成為越來越多人的選擇。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間鍛煉身體而受到青睞。
“簡單來說，健身鏡是通過攝像頭捕捉人體動作軌跡，為鍛煉者實(shí)時指導(dǎo)動作姿勢；在游戲化互動健身課程模塊下，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)勢在于其實(shí)時互動性及對動作的糾錯能力，這很大程度依賴于產(chǎn)品內(nèi)部的人工智能動作識別與交互算法。
孟琳介紹，健身鏡內(nèi)置攝像頭可通過圖像處理方法捕捉人體骨骼點(diǎn)，建立人體骨骼運(yùn)動模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)時追蹤關(guān)節(jié)姿態(tài)，從而對動作予以指導(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影響其實(shí)際捕捉效果，這也是為什么一些使用者會覺得動作糾正功能不穩(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)對于人體關(guān)節(jié)角度的高精度檢測與關(guān)鍵肌肉發(fā)力部位的定位，無法達(dá)到精準(zhǔn)矯正動作的目的。”孟琳說，智能健身鏡更多的是為不想去健身房的人提供了一個在家鍛煉的有趣環(huán)境，他們可以利用碎片化時間進(jìn)行一些簡單的有氧訓(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，該類商品的售價不低，大家在購買時一定要從實(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：用生物電阻測量法進(jìn)行測量
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量體脂率、肌肉含量，甚至還可以與手機(jī)App結(jié)合起來進(jìn)行健康管理。
“現(xiàn)有智能體重秤一般采用生物電阻測量法來測量生物電阻（人體抗阻），然后再利用生物電阻來計(jì)算脂肪量，在短時間內(nèi)就可以獲得較準(zhǔn)確的測量值。”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，生物電阻測量法將人體組織簡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；而脂肪是無水物質(zhì)，是不良導(dǎo)體。測量時，智能體重秤的電極片會向被測者發(fā)出極微小的電流，若其身體脂肪率高，所測得的生物電阻值就較大。
同時，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)格意義上來說，采用上述方法測出的，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量法，不過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)動等都會導(dǎo)致測量誤差。
李爽建議道，在使用智能體重秤時，要將其平放在地面，赤腳稱重；測量前應(yīng)避免劇烈運(yùn)動，也不要在大量進(jìn)食、喝水和沐浴后進(jìn)行測量。比較合適的測量時間段是起床后1小時、睡覺前1小時和三餐后1小時。
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，人們用它來監(jiān)測血壓、血氧、心率等指標(biāo)，尤其是監(jiān)測運(yùn)動時這些指標(biāo)的變化，以避免運(yùn)動給身體帶來傷害，同時也為制定運(yùn)動計(jì)劃提供參考。
那么，這樣一個小小的手環(huán)，是如何做到對我們的血壓、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)就能夠估算出被測者的血壓。
智能手環(huán)測血氧則是通過智能手環(huán)所采用的血氧傳感器，將紅光和紅外光射向被測者腕部，再通過另一側(cè)的光電二極管接收反射光線，而后通過計(jì)算出發(fā)射與接收的光強(qiáng)差來估算出血氧值。
智能手環(huán)監(jiān)測心率，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組織的兩側(cè)，而后將發(fā)光管發(fā)出的入射光穿過皮膚進(jìn)入深層組織，透射光線被光敏接收器接收，以此來反映出血管內(nèi)血液體積隨心臟泵血的變化幅度，最后通過專業(yè)計(jì)算得出被測者的心率。
“智能手環(huán)一般通過三軸加速度傳感器來計(jì)步。”李爽介紹道，它能夠感知物體運(yùn)動的方向與加速度大小，通過測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實(shí)時捕捉各項(xiàng)數(shù)據(jù)，而后經(jīng)過濾波、峰谷檢測等步驟，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)動消耗的卡路里等數(shù)值就被呈現(xiàn)出來了。
通過以上介紹，我們可以看到，智能手環(huán)需要通過光束穿透皮膚來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這就要求它需與被測者的手腕緊緊貼合。但是在現(xiàn)實(shí)中，使用者許多時候都是處在非靜止的狀態(tài)，比如在走路、健身、吃飯時我們的手部都在活動。此時，腕部皮膚與智能手環(huán)肯定會產(chǎn)生一定的間隙。當(dāng)我們出汗時，汗液也會對光的吸收率產(chǎn)生一定影響，進(jìn)而影響檢測的精度。
“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)測精度肯定不如專業(yè)器械。智能手環(huán)測量的結(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。
