智能手環測睡眠質量的原理

現代社會，人們的各種壓力越來越大，睡眠質量顯得尤為重要，跟蹤記錄睡眠情況能讓我們更好地調節自己的睡眠。近年來，智能手環和智能手表的誕生讓我們能夠時時關心自己的心率和睡眠質量。那么，小伙伴們有沒有思考過，一個小小的智能手環或手表是如何做到的呢？

對于睡眠質量，智能手環或手表是通過體動記錄儀來實現的。體動記錄儀（acTIgraphy）最早是20世紀80年代由美國軍方研制用來衡量部隊性能的儀器。之后研究人員發現體動記錄儀能夠應用在很多領域，并逐步將其推向市場。30多年來經過改進，基于便攜、無創、價格便宜等優勢被廣泛應用到睡眠／覺醒模式的評估，日?；顒訌姸缺O測，藥物檢測，行為遺傳學等眾多領域。

我們知道，淺睡眠時，人體會產生一定的輕微運動，智能手環此時監測到的體動大多會判斷佩戴者是淺睡眠狀態；而深度睡眠的時候人的肌肉會松弛，肢體也不會產生較大的運動，甚至不會動，此時睡眠手環記錄到的體動較少，就認為是深睡眠。因此，睡眠質量的監測實際上就是在感應我們的身體在睡眠時有沒有比較大的動作，有的時候戴著手環翻身，其實也是深睡眠狀態，但因為“動了”，智能手環也會識別成淺睡眠。目前的體動記錄儀基本都具備從3個方向軸進行記錄數據，三軸傳感器成為標準配置，三軸傳感器能夠靈敏的從3個方向記錄到輕微的移動。根據記錄數據，分析軟件通過計算可以分析出能量消耗和睡眠相關參數，覺醒時間，覺醒次數，睡眠效率等。

而對于心率的監測，目前的方法主要有兩種：一是光電透射測量法，另一種是心電信號測量法。所謂光電透射測量法，就是心臟的規律跳動會引起血液透光率的變化，采集這種變化信息并變換為電信號，對應的就是心率信息，它是以光學的方式來測量脈搏的一種技術。簡單來說，在運動手環的背面有一個光電接收器，會發射出綠光。光束發出后，皮膚、肌肉組織和血液都會吸收一部分，剩下的再被反射回接收器上。血液傾向于反射紅光吸收綠光，因此心臟在收縮和舒張時會產生顏色不同的反射光，手環通過檢測這些反射光，再運用一定的算法，折算出心率。

細心的小伙伴可能會發現，在運動手環上，我們經常見到的都是綠光LED，這是為什么呢？這是因為在血液這種紅色液體面前，綠光的吸收率是最大的，對于數據判斷也是比較準確的。當用戶的心臟跳動時，會有更多的血液流過用戶的手腕，綠光的吸收量也會越大；在心臟跳動間隙，血液流量減少，導致綠光的吸收也會減少。

第二種方法是心電信號測量法，這種方法與醫院常用的心電圖檢測類似，不同的是，醫院需要在心口、四肢上都要加上電極，需要測量更多的數據，而腕式手表就不需要那么多數據，僅僅心率就夠了。人體組織和體液都能導電，心臟好比電源，無數心肌細胞的電位變化可以傳導并反映到體表。在身體表面不同的部位存在著電位差，通過收集到的電極變化，經過算法處理，便可以還原出心率數值。

2018年有報道稱，將運動手環戴在紙巾上，測出紙巾心率為80，難道紙巾成精了嗎？當然不是。當我們把運動手環或運動手表放在非生命體上，它無法識別出來這是否是生命體，只會默認為那是你的手腕，然后開始自己的工作。所以即便衛生紙沒有心跳，當發射器發出綠光投放在衛生紙表面，依舊會有光反射，最終得到的是衛生紙表面光反射以后，接收器收到的結果。因此，智能手環也好智能手表也好，它們對于心率的測試和睡眠質量的監控也僅僅是依靠智能部件去估算一個合理值的范圍，對健康質量和數據有確切需求的人群還是建議用專業的醫療器械進行測量。

編輯：黃飛

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