Электронный ассистент диетолога

Сейчас модно следить за своим здоровьем при помощи электронных гаджетов. Мы попросили нашего бывшего автора, кандидата медицинских наук Андрея Василькова, протестировать «умные» весы и прокомментировать их особенности. На обзор компанией Picooc были предоставлены две модели: компактная версия Picooc Mini и более продвинутая – Picooc S3.

Заявление о конфликте интересов

Я давно интересуюсь всем, что находится на стыке ИТ и медицины, но профессиональная оценка диагностических приборов лежит вне моей компетенции. Поэтому все суждения в данном обзоре – частное мнение врача и любителя техники. При публикации мой первоначальный текст был сокращён и отредактирован для соответствия формату статьи.

Отказ от ответственности

Тестирование выполнено с целью демонстрации возможностей «умных» весов на реальных примерах. Оно проводилось в сжатые сроки всего с пятью добровольцами, поэтому не претендует на статус научного исследования.

Что такое «умные» весы, и чем они отличаются от обычных?

Сейчас так называют анализаторы физических параметров тела человека в формате напольных весов. Помимо собственно взвешивания они помогают оценить ИМТ (индекс массы тела), процент жировой ткани, содержание воды, белка и другие показатели, на которые обычно ориентируются диетологи и врачи спортивной медицины. Зная их, проще корректировать режим питания и физических нагрузок.

Модель Picooc Mini

Название Picooc mini говорит само за себя – это действительно миниатюрные весы (квадрат стороной 26 см). При этом они определяют все те же параметры, что и их более крупные соседи в модельном ряду. Несмотря на малые габариты, ими могут пользоваться люди с массой до 150 кг.

Модель Picooc Mini

Верхняя панель выполнена из закалённого стекла, на котором закреплены четыре пластины электродов. Под ней распложен красный сегментный дисплей. Изначально его не видно. Он включается после того, как вы наступите на весы, или нажмёте неприметную кнопку снизу.

Весы соединяются со смартфоном (или планшетом) на Android или iOS по Bluetooth. Всё отображается на экране мобильного устройства и контролируется с него же. Поэтому разработчикам не было нужды устанавливать дорогой графический дисплей и размещать органы управления на самих весах. Без смартфона (планшета) весы могут показывать только массу тела.

На обратной стороне корпуса из ABS-пластика расположены четыре пружинящих ножки с тензометрическими датчиками, крышка батарейного отсека, наклейка с информацией о весах, QR-код со ссылкой на приложение в Google Play и iTunes.

Модель Picooc Mini

Питаются весы от трёх батареек AAA. Они входят в комплект поставки.

Модель Picooc S3

Продвинутая версия «умных» весов Piccoc S3 имеет тот же принципиальный конструктив – верхняя панель из закалённого стекла, скрытый дисплей и датчики в ножках. Питаются весы от четырёх батареек формата AA, входящих в комплект поставки.

Модель Picooc S3

Основные отличия Picooc S3 от Picooc mini кроются в габаритах (33 см у S3), наличии у S3 модуля Wi-Fi, типе электродов, цвете дисплея и цене.

В более продвинутой модели S3 помимо Bluetooth есть модуль Wi-Fi. Он подключается к той же беспроводной сети, какой пользуется смартфон. S3 умеет делать всё то же, что и mini, плюс загружать данные в облако и предоставлять к ним доступ после авторизации в своём аккаунте.

У Picooc S3 чуть более изящный дизайн. Открытые электродные пластины заменены скрытыми точечными электродами. Вы их совершенно не чувствуете, но можете увидеть как контуры буквы «икс». Дисплей у весов крупнее и с белой подсветкой.

Какие показатели оценивают «умные» весы Picooc?

Программа для всей линейки весов Picooc одна. Я использовал версию 3.6.1 для Android.

Программа для всей линейки весов Picooc

В ней отображаются следующие параметры:

  1. – масса тела;
  2. – ИМТ (индекс массы тела, он же BMI – Body Mass Index);
  3. – общий процент содержания жировых тканей;
  4. – индекс висцерального жира;
  5. – доля скелетных мышц;
  6. – процент содержания белка;
  7. – основной обмен (базальный метаболизм COOB, или RMR – Resting Metabolic Rate);
  8. – костная масса;
  9. – процент содержания воды;
  10. – метаболический возраст;
  11. – тип телосложения
  12. – общая мышечная масса

Программа для всей линейки весов Picooc

Для каждого параметра приводятся границы нормы в простом графическом отображении.

Оценка в динамике

Регулярное наблюдение за изменением своих параметров помогает своевременно корректировать диету и тренировки. Весы отправляют данные измерений в приложение на смартфоне, которое отображает их в виде таблиц и графиков.

Мотивация

В приложении можно задать целевые параметры. Если вы ещё не определились с тем, каким хотите видеть своё тело, то просто выберите рекомендованные параметры (среднее значение нормы).

Мотивация

Приложение будет отслеживать изменения показателей и поздравлять вас с приближением к желаемому результату, либо сообщит, что вы делаете что-то неверно и удаляетесь от намеченной цели.

Мотивация

Память на несколько пользователей

Всего в эксперименте приняли участие пять человек: два мужчины и три женщины.  Только один из волонтёров (Сергей) согласился выполнять ежедневные измерения, поэтому в статье в основном приводятся его результаты. Сама программа стояла у меня. Она позволяет задать несколько профилей, но не умеет подключаться сразу к двум разным весам. Поэтому для Picooc mini приложение было установлено на мой основной смартфон (Android 8.0), а для Picooc S3 – на резервный (Android 6.0). Сколько именно профилей можно создать в программе – не знаю, но точно больше десяти (проверил). Производитель это никак явно не ограничивает, а у меня терпения не хватит искать предел.

Память на несколько пользователей

Как весы могут определять столько параметров?

Технически обе модели весов измеряют две физические величины, по которым далее вычисляют целый набор показателей с учётом введённых вами дополнительных данных.

Первая непосредственно измеряемая величина – это давление на поверхность, которое любые электронные весы определяют по изменению электрического сопротивления тензорезистивных датчиков. Вторая – электрический импеданс, о котором подробнее будет написано ниже.

В обеих моделях Picooc установлено четыре датчика давления. Контроллер усредняет их показания, а затем вычисляет массу человека по формуле:

m = PS/g;

где m – масса в килограммах, P – давление в ньютонах на квадратный метр, S – площадь поверхности весов в квадратных метрах, а g – ускорение свободного падения.

Величина P – измеряемая; m – расчётная, а S и g – изначально заданы в программе. Из-за этого возникает погрешность, свойственная всем электронным весам. В формулу выше они подставляют ускорение свободного падения по стандарту СИ. Реальное же отличается примерно на 0,5% вблизи экватора и полюсов. Обычно производители весов задают среднее значение g как 9,806 м/с2. Поэтому для человека массой 70 кг погрешность измерения составит от 0 (её нет на географической широте 45 градусов) до 371 грамма (на широте 0 или 90 градусов в любом направлении) только за счёт условного параметра g. Иными словами, для Москвы точность будет выше, чем для Санкт-Петербурга.

Совет производителям: можно повысить точность измерения, подставляя значение g для конкретного города. В любом смартфоне есть модуль GPS, поэтому приложение для весов легко учёт поправку на широту.

Что такое биоимпеданс?

Это комплексное сопротивление тела – как раз вторая измеряемая весами величина и то, что делает их «умными». Желая подчеркнуть определение импеданса живых тканей, производители часто называют его биоимпедансом. Данный метод относится к неинвазивной диагностике, но его реализация отличается в профессиональных и бытовых анализаторах.

На платформе весов расположены две электродные пары. У модели Picooc mini это металлические пластины открытого типа. У Picooc S3 – скрытые точечные электроды. Работают они одинаково: на электродные пары подаётся слабый переменный ток. Человек замыкает электроды стопами, и дальше ток идёт по пути наименьшего сопротивления: В данном случае – преимущественно вдоль нервов и сосудов от одной ноги к другой через нижнюю часть живота.

Контроллер измеряет импеданс Z по простой формуле: Z=V/I,

где V – напряжение между электродами, а I – сила тока с типичной величиной 800 мкА.

Полученное значение Z сравнивается с начальным (когда вы не стояли на весах). Эта разница и есть импеданс тела, но, пожалуйста, не путайте его с омическим сопротивлением (R) на участке цепи. Тут всё сложнее – учитывается реактивное (X), то есть индуктивное и емкостное сопротивление тела.

Вопрос в том, как именно его учитывать и анализировать дальше. У одних разработчиков Z = R + X, где R получается в районе 250 Ом, а X – 25-30 Ом. У других используется формула Z = (R^2 + X^2)/2. Третьи добавляют к ней свои поправки и применяют собственные статистические модели. Picocc собирает данные сейчас и вносит корректировки от версии к версии. Большинство других производителей вообще не заморачиваются с этим и считают «среднюю температуру по больнице».

Насколько точен биоимпеданс?

Это зависит от конкретной технической реализации. В медицине сейчас широко используют импедансную плетизмографию. Это точный и хорошо изученный метод, основы которого были заложены ещё в тридцатых годах XX века. С 1969 года стали появляться работы, в которых предлагалось по импедансу оценивать содержание воды в теле человека и другие конкретные параметры.

После целого ряда упрощений импедансометрия стала доступной и для персонального использования. Cаму идею весов со встроенным анализатором впервые реализовала японская компания Tanita. В 1992 году они выпустили модель для фитнес-клубов, а в 1994 году – её  удешевлённую бытовую версию. Разница в их показателях составляла 10-12% при том, что обе модели использовали одинаковую статистическую модель.

Сейчас «умные» весы производит множество компаний, но есть разница в подходах. Для одних это ещё один модный гаджет в продуктовой линейке, а Picooc специализируется именно на весах.

Как из массы и импеданса рассчитывают столько параметров?

Создаваемый «умными» весами переменный ток – это серия гармонических сигналов. У дорогих анализаторов уровня медицинских центров эти сигналы имеют разную частоту, амплитуду и фазу. На один сигнал сильнее влияет костная ткань, на другой – мышечная, на третий – жировая. Контроллер отслеживает все зарегистрированные изменения функции распространения гармонического сигнала, выполняет для неё преобразование Фурье и производит дальнейшие вычисления.

Если принять в расчётах, что клетки всех типов распределены в теле равномерно, а на импеданс влияет только костная, мышечная и жировая ткань, то можно приблизительно оценить их процентный состав и прикинуть остальные параметры. Для этого используются дополнительно введённые данные (в первую очередь, – рост для вычисления ИМТ) и статистические модели.

Это два серьёзных допущения, которые делают метод частичного импеданса (по его измерению с электродами только у ног) малопригодным для медицинской диагностики. Однако его вполне можно использовать в быту для контроля динамики своих показателей и раннего выявления опасных отклонений.

В персональных весах со встроенным анализатором обычно используется один сигнал с типичной частотой 50 кГц и его небольшая модуляция. Сигнал проходит не через всё тело, а от ноги к ноге, поэтому их точность (как и стоимость) ожидаемо ниже.

Что ещё влияет на точность измерений?

Заявленная погрешность у обеих моделей стандартная: ± 100 грамм, но это характеристика датчиков, а не прибора. Реальная величина инструментальной погрешности у конкретного экземпляра весов зависит не только от класса датчиков, но также от качества сборки и первичной настройки. Я не разбирал весы и не получил от производителя информации о типе применяемых сенсоров.

Субъективно сборка выглядит очень качественно: всё сделано монолитно, а датчики расположены в самих ножках и чётко реагируют на изменение давления.

Выполнили контрольное взвешивание с эталонной двухкилограммовой гирей в руках. И те, и другие весы показали ровно на два килограмма больше, чем при измерении без гири минуту назад.

Максимально зарегистрированная разница определения массы на одних весах в двух выполненных подряд измерениях получилась 400 грамм для mini и 200 грамм для S3, но после перестановки и дополнительной калибровки разница не превышала заявленные 100 грамм. Часто весы показывали абсолютно одинаковые значения.

Поскольку прибор ориентирован на применение не специалистами, следует ожидать высокие методические погрешности измерения, остающиеся на совести самих пользователей.

Как повысить точность измерений?

Вот советы для получения более точных результатов:

  • положите смартфон на стол. Во время измерения его очень хочется держать в руке, чтобы контролировать процесс, но это искажает результаты. Вы всё равно их увидите в программе, просто наберитесь терпения.
  • как и любые весы, их нужно установить на ровную и жёсткую горизонтальную поверхность. Не надо подстилать под них никаких ковриков!
  • обязательно откалибруйте перед первым использованием. Если перемещали весы, то калибровку стоит повторить и перед следующим взвешиванием. Для этого просто слегка наступите на них ногой, подержите пару секунд после включения дисплея и аккуратно уберите ногу. Всё. Весы автоматически определят вес собственной платформы как точку отсчёта и примут это значение за 0,0.

Как повысить точность измерений?

  • вставайте на весы только босиком. Даже тонкие носки создают диэлектрический слой, препятствующий измерению ваших параметров и вносящий сильные искажения.

измерение в носках делает определение параметров невозможным

  • по той же причине пожилым людям и обладателям выраженного рогового слоя на подошвах рекомендуется сначала выполнить обработку стоп.
  • выполняйте измерения при комнатной температуре и натощак. Если вы приняли горячую ванну, поели, выпили спиртное или просто вернулись с прогулки жарким днём, то у вас будут расширены сосуды. Это снизит сопротивление и внесёт искажения во все параметры, кроме массы.

Можно ли использовать весы для диагностики?

Как способ раннего выявления некоторых опасных отклонений в домашних условиях – да. Если весы дают повод задуматься о своём здоровье, то всегда можно затем обратиться в клинику и выполнить прицельные исследования.

Например, весы Picooc оценивают процент костной ткани. Если программа показывает, что он сильно снижен относительно заданной в программе нормы, то это может быть признаком остеопороза, возрастных изменений и других нарушений.

Чтобы выяснить это наверняка, врачом выполняется определение плотности костной ткани – денситометрия, но это не тот метод, которым можно воспользоваться в любой момент. Большинство людей даже не догадываются о том, что им показана денситометрия или другие специфические исследования. Поэтому даже такая приблизительная оценка состояния костей «умными весами» имеет практический смысл.

Чем меньше жира, тем лучше?

Нет. Тут важен баланс. Жировая ткань не только создаёт энергетический резерв, но и выполняет защитную функцию. Поэтому выделяют висцеральный жир, то есть расположенный вокруг внутренних органов и входящий в их поддерживающий аппарат. Многие знают, что если слишком увлечься похудением, то произойдёт опущение почек – это как раз следствие выраженного недостатка висцерального жира. С другой стороны, его избыток также затрудняет биомеханику органов, особенно сердца. Весы Picooc вычисляют как общий процент содержания жировых тканей, так и индекс висцерального жира, указывая нормативы для всех показателей.

Зачем весы просят указать расу?

Думаю, вы легко отличите азиата от латиноамериканца и не станете спорить, что у них есть свои особенности телосложения. Указание этнической принадлежности помогает весам точнее выбрать статистическую модель.

Зачем весы просят указать расу?

В программе есть какой-то простой индикатор здоровья?

Да, они выставляют оценку по десятибалльной шкале с десятыми долями. Это удобно для быстрой оценки. 10/10 – красавица, 1/10 – чудовище. Однако не полагайтесь на результат единичного замера. Для корректной оценки рекомендуется выполнить серию измерений. Желательно проводить их ежедневно в одно и то же время. Например, утром перед завтраком.

Обсуждение результатов

Добровольцы последовательно выполняли измерения на весах Picooc mini и Picooc S3. В целом результаты измерений выглядели правдоподобно. Межприборные показания также совпадали с небольшими отклонениями, но иногда весы по-разному оценивали динамику массы и жировой ткани одного и того же человека. Например, mini поздравляли испытуемого с похудением, а S3 в то же самое время сетовали, что он «растолстел» ещё больше. Так бывает, когда программа пытается анализировать незначительные изменения, не превышающие уровень погрешности.

В изначальных данных добровольца Сергея была диагностирована недостаточная масса костной ткани. Через пять дней весы поздравили его с добором до нормативных значений, но это также был мнимый прогресс – обычные колебания вокруг нижней границы нормы. В последний день эксперимента расчётная масса костей не отличалась от исходной.

Часто «умные» весы берут для контроля эффективности похудения. Сергею не надо было худеть, но ради эксперимента он на неделю отказался от жирной пищи и быстрых углеводов. Стал делать утреннюю зарядку, заниматься на тренажёрах и больше ходить пешком. При этом он не голодал – ел овсянку, гречку, варёную курицу, отварную говядину, овощные салаты с минимальным количеством оливкового масла, обезжиренный творог и т.д.

В последний день исследования при измерении с утра натощак весы неожиданно показали прибавку жировой ткани у Сергея на 1,4% (20,4% вместо 19,0% исходно).  К обеду того же дня процент жира у него был оценён уже в 17,8% (на 1,2% ниже исходного). Очевидно, что он не мог снизиться на 2,6% за несколько часов. Скорее всего, это погрешность измерения, вызванная разным уровнем кровенаполнения нижних конечностей в течение суток.

Обсуждение результатов

Типовые рекомендации по «здоровому питанию» не пошли Сергею на пользу. Его и без того недостаточная масса уменьшилась на 1,7 кг. Остальные показатели существенно не изменились. Вывод здесь простой: нет универсальных диет, всегда нужно учитывать специфику конкретного человека, его характер труда и питания. Весы со встроенным анализатором как раз помогают быстрее оценить, насколько вам подходит выбранный режим питания.

Другой доброволец как раз хотел похудеть и «убрать второй подбородок». Однако при первом измерении весы порекомендовали ему добрать 200 грамм до идеальной массы. После этого он отказался от дальнейшего участия в исследовании. Вероятно, такие накладки возникают из-за использования в расчётах преимущественно ИМТ и процента жировой ткани без учёта её объёмного распределения. На мой взгляд, сами параметры были определены корректно, а проблема была именно в алгоритме общей оценки.

Обнаруженные недостатки

При первом подключении приложение предлагает сканировать QR-код для определения модели весов. Он напечатан на самих весах, в их инструкции и на коробке. У меня автоматический выбор не сработал ни там, ни там. Указывал модели вручную. При этом по QR-коду открывается ссылка на приложение в Google Play, т.е. код читается.

В приложении не меняется ориентация экрана, хотя некоторые показатели удобнее читать в альбомном виде.

На весах Picooc mini нога больше 40 размера не умещается в длину. Ими всё равно можно пользоваться, но стопа свисает, из-за чего сложно правильно встать на весы и получить точные результаты с первой попытки.

Весы Picooc mini не очень устойчивые. Когда человек встаёт на них, то ставит ногу слишком близко к краю платформы. Из-за их малых размеров обычно так и приходится делать, поэтому возникает риск опрокидывания. Мне приходилось придерживать добровольцев на этих весах – даже девушек с 37 размером.

У обоих весов Picooc предельно допустимая масса пользователя – 150 кг. Более тяжёлые люди тоже хотят похудеть и контролировать динамику своих параметров. Другие весы (например, Medisana 40446 PSM, Polaris PWS 1860DGF и Bosch PPW3330) позволяют взвешиваться людям до 180 кг, а Tanita RD-953 – до 200 кг.

У Picooc средняя точность тензометрических сенсоров. К примеру, у Xiaomi Mi Body Composition Scale она вдвое лучше: ± 50 грамм против ± 100 грамм у обеих моделей Picooc.

Обе модели весов Picooc не рассчитывают рекомендованный дневной рацион в кКал (DCI) и не выполняют оценку физического рейтинга. Такие функции есть у некоторых весов Tanita и Omron.

Согласно инструкции, весы Picooc будут заведомо некорректно показывать параметры спортсменов. У других «умных» весов (например, Medisana 40446 PSM и REDMOND SkyBalance 740S) для спортсменов есть отдельные режимы, то есть в них заложены дополнительные статистические модели и поправочные коэффициенты.

Аналогичная ситуация возникает, если указать возраст более 60 лет. Программа выдаёт предупреждение о том, что у пожилых людей процентный состав тканей и другие показатели сильно отличаются от параметров человека среднего возраста. Иными словами, она не умеет делать соответствующую поправку и сравнивает полученные значения с нормативами для другой возрастной группы.

При выставлении балльной оценки весы Picooc не учитывают объёмное распределение жировой ткани. Вы можете ввести в программе обхват талии, бёдер и прочие ручные измерения, но они носят чисто информативный характер и не используется в расчётах программы. Я пробовал указывать в параметрах добровольцев талию больше метра вместо реальных 62-68 см, но всё равно получал зелёный свет по всем параметрам и 10 баллов из 10.

Обнаруженные недостатки

Из-за особенностей программы весы Picooc S3 не будут отображать измеренные показатели без подключения к Wi-Fi. Если соединение прервалось, или просто нет роутера, они отображают на своём экране только массу и не подключаются к смартфону (пишут: «ошибка подключения»), хотя технически это можно сделать по Bluetooth.

Заключение

Предоставленные на обзор весы со встроенным анализатором выполняют оценку большого ряда параметров и способны предупредить об опасных отклонениях. Регулярные измерения своих показателей на «умных» весах мотивируют следить за фигурой, выполнять физические упражнения и не слишком налегать на сладости. Они станут электронным помощником для всех желающих улучшить или просто контролировать параметры своего тела. Однако надо учитывать особенности их измерений и не делать поспешных выводов по единичным результатам.

Весы Piccoc относятся к классу персональных гаджетов для поддержания здоровья. Они ожидаемо уступают в точности оценки профессиональному медицинскому оборудованию, выполняющему полную импедансометрию и плетизмографию. При этом для конкретного человека и одинаковых условий измерений погрешности остаются на фиксированном уровне, что позволяет оценить динамику параметров.

На практике весы Picooс гораздо удобнее и информативнее, чем применяющееся в спортивной медицине ручное измерение с калипером и оценка по таблицам номограмм. Большинство выявленных недочётов «умных» весов связаны с работой приложения и могут быть устранены на программном уровне.

До 15 октября 2018 года вы можете приобрести весы Picooc Mini и Picooc S3 со скидкой 15% в официальном интернет-магазине picooc-russia.ru по промокоду CTRR15.