chơi tài xỉu:抢不到血氧仪,那些替代品靠谱吗?

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本文来自微信公众号:果壳 (ID:Guokr42),作者:睿悦、biu,编辑:biu,医学审查:代天医,原文标题:《我也抢不到血氧仪,于是找了一堆替代品,然而……》,头图来自:视觉中国


最近,继退烧药和抗原之后,家用脉搏血氧仪大范围缺货,其市场价也不断被抬高,近期甚至有类似“1380元血氧仪成本仅几十块”的话题登上微博热搜。


有些买不到血氧仪的用户,开始考虑运动手表等可穿戴设备——因为厂商宣传称它们可检测血氧。尽管这类产品都标明“不适用于医疗用途”,但当人们发现它们贴近香肠、纸盒等非生命体时,有些竟还能读出数据,人们更加质疑可穿戴设备在血氧检测方面的可信度。


通常来说,脉搏血氧仪测的是血氧饱和度,属于经皮血氧饱和度(SpO2),指的是血液中氧气和血红蛋白结合的容量占全部血红蛋白容量的百分比,即血液中氧气的浓度。


“呼吸系统疾病第一步影响的是我们的血氧,”复旦大学附属中山医院重症医学科副主任钟鸣表示,“正常人的血氧饱和度应为96%、97% 以上,如果你的血氧饱和度低于95%,需警惕重症的倾向。因此,尤其是重点关注人群,家中可备血氧仪,时刻检测其血氧饱和度。”


不正确的检测,也会导致报数的误差,进而增加人们的恐慌情绪。


作者供图


所以,我们找来了市面上比较主流的几款血氧检测设备,比如常见的脉搏血氧仪、运动手表,也测试了“用手指接触手机摄像头和闪光灯”就能做血氧测试的APP、扫脸就能出结果的网页检测。


我们以脉搏血氧仪的检测结果为基准,对比其他设备、应用,看看它们是否可靠、易用。


还能测能量和压力?橙子的血氧饱和度为99%?  


  • 脉搏血氧仪报数:血氧饱和度100%,脉搏80bpm(次/分)


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指夹式血氧仪非常适合家用,以及连续检测。另外,成人正常静息心率为每分钟60~100次。血氧饱和度下降和脉搏增快,往往意味着呼吸道疾病相对严重。


  • Apple Watch 报数:血氧饱和度 96%。


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单次检测需要静止15秒,检测完毕后无其他说明,如果开启“后台测量”功能会不定期测量血氧水平。


  • 华米手表报数:血氧饱和度100%。


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测量过程中会提示用户“屏幕朝上”,或“偏紧佩戴”,来提升测量准确性,单次检测时间30秒。


  • 佳明手表报数:血氧饱和度93%。


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血氧检测界面隐藏较深,检测过程中无其他提示,单次检测时间30秒左右。


  • FaceHeart Vitals(网页摄像头)报数:血氧饱和度 98%。



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打开网页和设备摄像头后,网页会非接触式拍摄用户脸部,单次检测时间60秒左右,过程无提示,检测完毕后除血氧浓度,也显示心跳、心率变异、血压、呼吸等身体指标,以及活动力、睡眠力、平衡力、代谢力、健康力、放松力等指数。


  • 京东健康小程序:血氧饱和度99%。



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用手指同时按住摄像头以及闪光灯,应用会提示检测用时、手指姿势,单次检测时间90秒左右,检测完毕后除血氧浓度,也显示心率、呼吸等身体指标,以及效率、能量、压力等指数。


此外,我们也监测了橙子、记号笔、水瓶等非生命体。




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结果如下:


  • 血氧仪:显示传感器关闭;


  • Apple Watch:提示“测量不成功”;

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  • 华米手表:检测出橙子的血氧饱和度为 99%,检测水瓶无反应;


  • FaceHeart Vitals:提示“需人脸保持在椭圆框中”;


  • 京东健康:提示“监测到可能不是手指”。


准么?  


我们先从这些设备、应用的检测原理入手。


作为这次评测基准的脉搏血氧仪,它一般会在设备上方配备一个发出红光的LED,以及一个发出我们看不见的红外光的LED,不同波长的光穿过手指后,仪器下面的光电传感器负责接收,然后再计算得出血氧饱和度。



需要注意的是,如果你做了美甲、手指频繁运动或者手指冰凉,都可能影响测试结果。


可穿戴设备一般佩戴在用户的手腕上,手腕处的组织结构更复杂,骨头也更粗厚,光线难以穿透,所以没法用血氧仪的“投射式”,只能通过光照到手腕后的发射信号来计算,属于“反射式”


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一些售价较高的运动手表,比如Apple Watch就模仿了血氧仪的测量规格,有LED和光电二极管。同时,这些传感器往往也能用来检测心率等数据。


但这种“反射式”设备,对用户的佩戴姿势、手部状态都提出了更高要求,比如测量时必须与手腕完全平行贴合,手腕上的刺青,或是永久的皮肤变化也有可能遮住传感器的光线而造成测量失败。


比如,Apple Watch官方建议手表应戴在腕骨往下一点,测量时手可以平放在桌面等等。


从上面的评测可见,运动手表之间的报数低数为93%,高数为100%,误差较大。


至于近日有网友发现华为手表可在火腿上、速溶咖啡盒上监测出血氧和心率,同等环境条件下Apple Watch则显示测量不成功。


对此华为回应称,华为智能穿戴设备依托光学传感器对光信号波动进行血氧测量,将手表置于纸盒、水果或毛巾物体上,极小概率可能会误判为人体信号,会得出血氧值。官方还补充,“会不断优化算法,提高准确度。”


而用通过手指接触摄像头和闪光灯来报数的方法,则可能更不稳定。这类方法通过强光照射,并用摄像头接收微血管的搏动,然后用厂商开发的算法去分析影像。但因为手机一般不会配备红外光相关部件,很难模拟血氧仪的测量,更别说市面上的手机在硬件上千差万别。


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最后,更加远程,甚至都不用接触你的摄像头检测法,误差的可能性或许更大。首先,硬件就会影响它的发挥,普通消费者大多用电脑或者手机摄像头检测,对捕捉脸色变化这么精准的要求而言,配置大多不够。


而一些设备自带的视频压缩和图像预处理操作,更会将这些细微的变化掩盖掉。


光线也是这类检测中非常重要的因素,它也会直接影响面部的颜色变化。另外,头部的运动,人脸不同部位对光线的反射区别,以及过暗、过亮、不稳定的环境光线,都会影响摄像头检测血氧的效果。不过,开发者也会通过算法矫正一些可预判的误差。


中国医科大学生物医学工程专业负责人沙宪政此前被误认是FaceHeart Vitals的项目参与者,澄清之余表示,“血氧饱和度含量正常值范围很窄,测量准确性差一点儿就会差很多。一些没有注册的家用的血氧饱和度监测仪或者手机APP只是起到一个监测和参考作用。”


有些商家话术,听听就好  


如果不是因为最近爆发的疫情,我猜你也不会特别关注血氧这个指标到底有什么用。数码公司也深谙这个道理,所以他们会以血氧值为参考,向你兜售更多的应用场景。


有的看上去是那么回事。比如很多可穿戴设备号称能监测你的睡眠质量,甚至是否有睡眠呼吸障碍的风险。这是因为睡眠期间呼吸气流的阻塞的确会体现到血氧浓度中,而睡眠时的呼吸不畅,会导致大声打鼾、频繁醒来、夜间尿频、多梦、白天嗜睡等,的确是不怎么好的睡眠质量。


还有一些设备可以预警人们的高原反应,这也是因为人们对低氧环境不适应时,会出现血氧饱和度较低的反应。穿戴设备的传感器通过综合分析海拔、血氧、心率等信息后,可以及时发出预警。


但有的功能——比如测试你的抑郁程度、精神状态、还剩多少“人体电量”等——看上去就比较“玄学”了。虽然人的身体和精神处于压力下时,的确会产生气道收缩、呼吸急促等影响血氧水平的反应,但血氧程度与情绪的直接关系还未有权威医学关联。


更何况,精神状态的解读有许多主观因素,比如蹦迪和上台演讲前,你都会感到心跳上升,呼吸急促。但你多半会把后一种感觉叫做紧张,前一种更愿意叫它兴奋。智能设备或许还没有灵活到辨认到这其中的微妙区别。


但人们或许真的会信设备的指引。美国Santa Cruz大学的一项实验发现,大部分人会根据智能设备提供的情绪判断强化对自己情绪的感受,比如本来不觉得有压力时,看到手环反馈你身处压力,就真的觉得自己紧张了起来。


这或许就是血氧仪提供不了的“情绪价值”吧。


最后,再强调一下血氧仪的适用人群:


因新冠居家隔离,同时有慢性基础病的人群,以及老年人群,著名呼吸病专家刘又宁建议有条件最好能配备脉搏血氧仪,“如果突然出现呼吸加快、呼吸困难、胸闷的情况就需要警惕”。


警惕有可能“沉默性缺氧”的人群,“为什么现在很多老年病人送医时为时已晚,是因为他们对缺氧反应迟钝,甚至于毫无反应(没有明显症状)。”复旦大学附属华山医院感染科主任张文宏说道。因此,尽早用血氧仪检查老年人群,也有利于及时识别、尽早治疗“沉默性缺氧”患者。


参考文献:

[1] 居家监测的重要参考——血氧饱和度 | 科普小课堂[79] · 协和呼吸 https://mp.weixin.qq.com/s/ZmelDr4oq6iG6OPa-eIEyA

[2] https://blog.csdn.net/chehec2010/article/details/123556555

[3] https://www.cnet.com/tech/mobile/smartwatches-have-measured-blood-oxygen-for-years-but-is-it-useful/  

[4] Niu X S, Han H, Shan S G . 2020. Remote photoplethysmography-based physiological measurement: a survey. Journal of Image and Graphics, 25(11): 2321-2336. (牛雪松, 韩琥, 山世光. 2020. 基于rPPG的生理指标测量方法综述. 中国图象图形学报, 25(11): 2321-2336.) [DOI: 10.11834/jig.200341]

[5] Hoffman J S, Viswanath V K, Tian C, et al. Smartphone camera oximetry in an induced hypoxemia study[J]. npj Digital Medicine, 2022, 5(1): 1-10.

[6] https://pansci.asia/archives/323174

[7] 陈毅能, 邓小明, 贺悦, 等. 面向智能移动设备的血氧饱和度检测方法分析[J]. Journal of Software, 2015, 26(2): 165-176.

[8] https://coros.kf5.com/hc/kb/article/1527977/http://www.di-yi.com.tw/case-list/item/313.htmlhttps://case.ntu.edu.tw/blog/?p=37908https://psychcentral.com/stress/can-stress-cause-low-oxygen-levels#oxygen-and-stress

[9] 专家呼吁警惕老年人「沉默性缺氧」,青年群体也可能出现https://mp.weixin.qq.com/s/4D5_0tD3D7kic3E6vCFAtA


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