運(yùn)動(dòng)手環(huán)測(cè)量睡眠的效度研究

摘要：目的：驗(yàn)證華為運(yùn)動(dòng)手環(huán)6測(cè)量睡眠的準(zhǔn)確性。方法：招募12名受試者（6名男生、6名女生），同時(shí)佩戴華為運(yùn)動(dòng)手環(huán)6和體動(dòng)記錄儀（wGT3X-BT）并配合睡眠日記進(jìn)行為期一個(gè)星期的睡眠測(cè)量，測(cè)量得到的睡眠參數(shù)包括起床時(shí)間、入睡時(shí)間和總睡眠時(shí)長(zhǎng)等。結(jié)果：起床時(shí)間與入睡時(shí)間、總睡眠時(shí)長(zhǎng)的測(cè)量值與實(shí)際值高度相關(guān)，r＞0.95（P＜0.001），ICC≥0.9，起床時(shí)間與入睡時(shí)間誤差率均小于5%，總睡眠時(shí)間誤差率為6.1%。結(jié)論：華為運(yùn)動(dòng)手環(huán)6在監(jiān)測(cè)睡眠方面（如起床時(shí)間、入睡時(shí)間）與GT3X體動(dòng)記錄儀和睡眠日記有著較好的準(zhǔn)確性與一致性，因此華為運(yùn)動(dòng)手環(huán)6可以作為大眾日常睡眠監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)便化的工具。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)手環(huán) "睡眠 "效度 "準(zhǔn)確性

A Study on the Validity of Sport"Wristbands in Measuring Sleep： A Case Study of A"Wristband

HUANG Yan""""ZHAO Yifan "XIAO Yang "XU Kai "DAI Jiansong*

Postgraduate Department of Nanjing Sports Institute，Nanjing， 210014"China

Abstract："Objective： Verify the accuracy of sleep measurement of"Huawei Band"6. Methods： 12 subjects （6 male and 6 female） were recruited to wear Huawei Band"6 and physical activity recorder （wGT3X-BT） together with sleep diary for sleep measurement for a week， and the measured sleep parameters included wake-up-times， bedtimes"and total-sleep-times. Results： The measured values of wake-up-times， bedtimes"and total-sleep-times were highly correlated with the actual value， r gt; 0.95 （P lt; 0.001）， ICC≥0.9， the error rates of wake-up-times and bedtimes"were less than 5%， and the error rates of total-sleep-times were 6.1%. Conclusion： Huawei Band"6 has better accuracy and consistency with the GT3X and"sleep diary in monitoring sleep （such as wake-up-times and bedtimes）， so Huawei Band"6 can be used as a simple tool for daily sleep monitoring of the public.

Key word： Sports bracelet"""Sleep""validity""accuracy

人類不能沒(méi)有睡眠，睡眠與生命功能密切相關(guān)，睡眠在人體健康中起到關(guān)鍵作用，高質(zhì)量的睡眠能夠緩解疲勞，調(diào)節(jié)壓力，使人精力充沛，保持健康，提高學(xué)習(xí)效率。而睡眠問(wèn)題是部分生理或精神疾病的風(fēng)險(xiǎn)因素^[1]，失眠、慢性睡眠不足、嗜睡和晝夜節(jié)律紊亂等睡眠問(wèn)題的發(fā)生率，隨著生活節(jié)奏的加快也在日益增加^[2]。因此，對(duì)于大眾尋求簡(jiǎn)單客觀的睡眠檢測(cè)工具也成為解決睡眠問(wèn)題的重中之重。

多導(dǎo)睡眠圖（Polysomnography， PSG）是測(cè)量睡眠的金標(biāo)準(zhǔn)，但由于其價(jià)格昂貴，需要受試者提前在一天在實(shí)驗(yàn)室中適應(yīng)，并且需要專業(yè)人員進(jìn)行睡眠階段的判讀，不適合長(zhǎng)期或在家庭中使用。除此之外體動(dòng)記錄儀、智能手環(huán)、腦電帽等可穿戴設(shè)備也屬于客觀測(cè)量法的測(cè)量設(shè)備。體動(dòng)記錄儀相比PSG更為便攜，而且價(jià)格便宜，電池壽命長(zhǎng)，操作簡(jiǎn)單，如今已在多個(gè)人群中廣泛使用并得到驗(yàn)證^[3，4]，可以作為PSG的替代方案^[5]。但體動(dòng)記錄儀并不是測(cè)量睡眠的金標(biāo)準(zhǔn)，與PSG相比仍有許多局限性。例如，當(dāng)人們?cè)谛褋?lái)時(shí)并沒(méi)有即刻做出劇烈運(yùn)動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致睡眠時(shí)長(zhǎng)的高估和清醒時(shí)長(zhǎng)的低估^[5–10]。除此以外，在分析處理睡眠數(shù)據(jù)的階段，體動(dòng)記錄儀需要結(jié)合睡眠日記手動(dòng)輸入受試者入睡時(shí)間。這增加了受試者每天使用睡眠日記記錄入睡時(shí)間和起床時(shí)間的負(fù)擔(dān)，也增加了研究人員或臨床醫(yī)生完成后續(xù)處理數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)。目前，許多商業(yè)公司也開(kāi)始研究智能手環(huán)用于日常生活的睡眠測(cè)量。智能手環(huán)可以通過(guò)ACC加速度傳感器、PPG光電容積脈搏波等技術(shù)原理測(cè)量睡眠的身體運(yùn)動(dòng)、心率變異、血氧飽和度等綜合指標(biāo)，進(jìn)一步提升睡眠監(jiān)測(cè)的精度，相比傳統(tǒng)體力體動(dòng)記錄儀更具優(yōu)勢(shì)。因此，本次研究旨在對(duì)運(yùn)動(dòng)手環(huán)測(cè)量睡眠進(jìn)行效度研究，評(píng)估其在測(cè)量睡眠方面的可靠性，探討運(yùn)動(dòng)手環(huán)作為日常監(jiān)測(cè)睡眠工具的可行性。

1資料與方法

1.1一般資料

自2023年12月12日至12月20日期間，招募12名健康受試者，其中女性6名，平均年齡（22.3±2.8）歲，男性6人平均年齡（27.7±9.4）歲，參與者均無(wú)睡眠障礙。研究經(jīng)過(guò)南京體育學(xué)院倫理委員會(huì)審批，符合《赫爾辛基宣言》，受試者均了解實(shí)驗(yàn)方案、流程和相關(guān)測(cè)試要求，并在測(cè)試前簽署書面知情同意書。

1.2材料和儀器

1.2.1 GT3X體動(dòng)記錄儀

本研究使用了GT3X體動(dòng)記錄儀（wGT3X-BT： actigraph， Pensacola， USA），能夠測(cè)量正、橫向和垂直軸的加速度^[11]，并使用ActiLife （Version 6.13.1， ActiGraph， Pensacola， USA）數(shù)據(jù)分析軟件提取與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的變量。對(duì)于睡眠參數(shù)的提取，本研究選擇了Cole-Kripke睡眠算法^[12]，配合睡眠日記運(yùn)用算法計(jì)算出總睡眠時(shí)長(zhǎng)，入睡時(shí)間和起床時(shí)間。

1.2.2華為運(yùn)動(dòng)手環(huán)6

本研究運(yùn)用的運(yùn)動(dòng)手環(huán)是華為運(yùn)動(dòng)手環(huán)6（HUAWEI BAND 6，華為終端有限公司，中國(guó)），能夠基于內(nèi)置傳感器收集到的相關(guān)身體活動(dòng)與生理數(shù)據(jù)（如心率、體動(dòng)、血氧等）計(jì)算相關(guān)睡眠參數(shù)^[13]。本研究可以通過(guò)華為運(yùn)動(dòng)手環(huán)6記錄相關(guān)參數(shù)，每天通過(guò)專用測(cè)試APP上傳至華為Research云平臺(tái)，其中包括總睡眠時(shí)長(zhǎng)，入睡時(shí)間和起床時(shí)間。

1.2.3睡眠日記

本研究中睡眠日記問(wèn)題包括：1.您昨晚上床的時(shí)間；2.昨晚閉上眼睛準(zhǔn)備睡覺(jué)的時(shí)間；3.您入睡后，夜間醒來(lái)的次數(shù)（含夜間上洗手間 ）；4.昨晚入睡后總計(jì)醒來(lái)多少分鐘；5.您早上醒來(lái)的時(shí)間；6.您實(shí)際起床的時(shí)間 ；7.你如何評(píng)價(jià)昨晚你的睡眠；通過(guò)收集受試者的睡眠日記可以校正GT3X的參數(shù)數(shù)值。

1.3研究方案

向12名受試者發(fā)放華為運(yùn)動(dòng)手環(huán)6和GT3X，受試者需連續(xù)佩戴一個(gè)星期，并提醒受試者保持原有睡眠習(xí)慣進(jìn)行測(cè)試。在第一晚監(jiān)測(cè)開(kāi)始前，受試者需要明確手環(huán)與GT3X的佩戴方法以及專用測(cè)試APP的安裝與使用方式。實(shí)驗(yàn)要求受試者每天在臨睡前1小時(shí)將GT3X和手環(huán)同時(shí)佩戴在非慣用的手腕上，起床半小時(shí)后同時(shí)摘下。受試者每天需要在晨起后1小時(shí)內(nèi)填寫睡眠日記，并且每天晚上通過(guò)專用測(cè)試APP上傳手環(huán)數(shù)據(jù)。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析使用統(tǒng)計(jì)分析軟件SAS JMP Pro 17.0.0。手環(huán)測(cè)量睡眠的準(zhǔn)確性評(píng)估采用下列幾種方法：簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)r用于描述GT3X測(cè)量睡眠與手環(huán)測(cè)量睡眠的相關(guān)性；決定系數(shù)r²用于描述GT3X測(cè)量與手環(huán)測(cè)量擬合度；絕對(duì)誤差率計(jì)算采用（實(shí)測(cè)值－預(yù)測(cè)值）/實(shí)測(cè)值×100%計(jì)算，誤差率小于5%為良好，組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（Intraclass Correlation Coefficient， ICC）用于描述GT3X測(cè)量睡眠與手環(huán)測(cè)量睡眠的一致性程度，ICC取值在0～1之間，通常情況下取值在0.8～1.0之間說(shuō)明一致性程度很強(qiáng)。本研究還使用Bland-Altman圖來(lái)量化GT3X測(cè)量與手環(huán)測(cè)量的一致性，介于一致性界限區(qū)間（Limits of Agreement， LoA）內(nèi)的散點(diǎn)達(dá)到95%以上為一致性良好^[14]，一致性界限上限（Upper Limit of Agreement， U LOA）和下限（Lower Limit of Agreement， L LOA）計(jì)算為差值±1.96標(biāo)準(zhǔn)差。。

2 結(jié)果

2.1手環(huán)與GT3X測(cè)量結(jié)果對(duì)比

如表1所示，起床時(shí)間與入睡時(shí)間的測(cè)量值與實(shí)際值r＞0.95（P＜0.001），且r²≥0.9，ICC≥0.9，表示手環(huán)睡眠測(cè)量結(jié)果與GT3X測(cè)量值之間一致性較好，且絕對(duì)誤差率小于5%，說(shuō)明手環(huán)測(cè)量值與GT3X測(cè)量值較為接近。手環(huán)與GT3X測(cè)量總睡眠時(shí)長(zhǎng)一致性較好，ICC＞0.9，兩者測(cè)量誤差率為6.1%，存在一定誤差。見(jiàn)表1。Bland-Altman圖顯示起床時(shí)間、入睡時(shí)間、睡眠總時(shí)長(zhǎng)測(cè)量分別有93%、97%、93%的散點(diǎn)位于一致性界限以內(nèi)。見(jiàn)圖1。

2.2手環(huán)與睡眠日記測(cè)量結(jié)果對(duì)比

華為手環(huán)與睡眠日記記錄的入睡時(shí)間與總睡眠時(shí)長(zhǎng)r≥0.9，且r2＞0.8，說(shuō)明華為手環(huán)測(cè)量值與主觀睡眠日記所記錄的入睡時(shí)間與總睡眠時(shí)長(zhǎng)具有一定相關(guān)性，且擬合程度好。且兩者ICC＞0.9，說(shuō)明華為手環(huán)與主觀睡眠日記記錄的入睡時(shí)間與總睡眠時(shí)長(zhǎng)一致性較好。見(jiàn)表2。Bland-Altman圖顯示入睡時(shí)間、睡眠總時(shí)長(zhǎng)測(cè)量分別有96%、93%的散點(diǎn)位于Bias±95%LoA區(qū)間。見(jiàn)圖2。

3 討論

隨著可穿戴設(shè)備逐漸流行，可穿戴設(shè)備在睡眠和晝夜節(jié)律領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛^[15]。其中，智能手環(huán)已在不同領(lǐng)域中應(yīng)用于睡眠研究。例如，在醫(yī)學(xué)方面，陳錦源等^[16]應(yīng)用智能手環(huán)對(duì)危重癥患者進(jìn)行睡眠監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明利用可穿戴設(shè)備進(jìn)行睡眠質(zhì)量的監(jiān)測(cè)并輔助調(diào)整鎮(zhèn)靜劑劑量，能夠有效提升患者睡眠質(zhì)量且能夠減少危重癥患者鎮(zhèn)靜藥物的使用。王威等^[17]應(yīng)用智能手環(huán)監(jiān)測(cè)乳腺癌患者改良術(shù)后應(yīng)用不同鎮(zhèn)靜劑的睡眠質(zhì)量，通過(guò)智能手環(huán)可以更為清楚方便的收集患者在術(shù)后睡眠模式及睡眠質(zhì)量的變化。在體育方面，陳艷艷等^[18]"運(yùn)用智能手環(huán)結(jié)合PSQI主觀問(wèn)卷監(jiān)測(cè)大學(xué)生睡眠，探討運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)于大學(xué)生睡眠質(zhì)量的改善作用。呂舒琦等^[19]運(yùn)用智能手表測(cè)量職業(yè)人群的睡眠，探究運(yùn)動(dòng)與睡眠在職業(yè)人群中的關(guān)系。

運(yùn)動(dòng)手環(huán)作為一種監(jiān)測(cè)睡眠的可穿戴簡(jiǎn)便設(shè)備，許多學(xué)者對(duì)此類設(shè)備測(cè)量睡眠的有效性進(jìn)行了研究。大量研究肯定了各種可穿戴設(shè)備對(duì)于測(cè)量睡眠指標(biāo)的有效性，Lee等^[20]對(duì)75名受試者進(jìn)行了11款商業(yè)可穿戴設(shè)備測(cè)量睡眠的信度檢驗(yàn)，結(jié)果表明Google Pixel Watch、Galaxy Watch 5 和 Fitbit Sense 2對(duì)于睡眠階段、睡眠潛伏期等的測(cè)量與PSG相比有較好的一致性。郭晨霞等^[21]同時(shí)采用5款商用睡眠設(shè)備與PSG對(duì)16名軍人進(jìn)行睡眠測(cè)量，結(jié)果表明睡眠帶與華為手表總睡眠時(shí)間與快速眼動(dòng)睡眠時(shí)間上與"PSG呈中等一致性水平。Chinoy等^[22]對(duì)于四種可穿戴設(shè)備（包括"Fatigue Science Readiband、Fitbit Inspire HR、Oura ring 和 Polar Vantage V Titan）進(jìn)行效度檢驗(yàn)，結(jié)果表明在監(jiān)測(cè)覺(jué)醒與睡眠跟蹤方面可穿戴設(shè)備具有良好的性能。

體動(dòng)記錄儀相較于智能手環(huán)等商業(yè)可穿戴設(shè)備更依賴于身體活動(dòng)的測(cè)量，所以當(dāng)使用體動(dòng)記錄儀測(cè)量睡眠效率和WASO時(shí)容易產(chǎn)生偏差^[23]。例如失眠癥患者在試圖入睡時(shí)經(jīng)常躺在床上不動(dòng)，雖然此時(shí)他們并未入睡，但體動(dòng)記錄儀并不會(huì)記錄這段時(shí)間為覺(jué)醒時(shí)間，只會(huì)判斷為睡眠^[24]。本研究中運(yùn)用智能可穿戴設(shè)備華為運(yùn)動(dòng)手環(huán)6進(jìn)行睡眠效度研究。華為手環(huán)運(yùn)用TruSleep?技術(shù)，即手環(huán)檢測(cè)心率將心電圖（ECG）信號(hào)替代為光電容積描記（PPG）信號(hào)^[25]，結(jié)合心肺耦合（CPC）^[26]檢測(cè)來(lái)進(jìn)行睡眠監(jiān)測(cè)。對(duì)于出入睡的檢測(cè)，手環(huán)除了收集體動(dòng)數(shù)據(jù)，也會(huì)結(jié)合心率等生理指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，從而判斷用戶的出入睡時(shí)間點(diǎn)。在本次測(cè)量中，手環(huán)測(cè)量起床時(shí)間相對(duì)提前（Bias=-0.12），可能因?yàn)镚T3X是基于體動(dòng)收集加速度數(shù)據(jù)，處理起床時(shí)間時(shí)不能排除受試者在床上醒來(lái)但沒(méi)有體動(dòng)的情況，而手環(huán)采集的睡眠數(shù)據(jù)是收集體動(dòng)結(jié)合心率、呼吸和血氧等生理指標(biāo)，所以手環(huán)識(shí)別出的時(shí)間是受試者醒來(lái)的時(shí)間，而不是GT3X識(shí)別出受試者第一次體動(dòng)的時(shí)間。手環(huán)測(cè)量相對(duì)GT3X測(cè)量的入睡時(shí)間推遲（Bias=0.26），與主觀睡眠日記測(cè)量的入睡時(shí)間一致性較好（ICC=0.97），且偏差不大（Bias=0.04），說(shuō)明手環(huán)測(cè)量出的入睡時(shí)間準(zhǔn)確性和一致性較好。在總睡眠時(shí)長(zhǎng)方面，手環(huán)相較于GT3X測(cè)量呈現(xiàn)高估總睡眠時(shí)長(zhǎng)的趨勢(shì)（Bias=0.18），但一致性較好（r=0.94，ICC=0.92）。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，華為運(yùn)動(dòng)手環(huán)6在監(jiān)測(cè)睡眠方面（如起床時(shí)間、入睡時(shí)間）與GT3X和睡眠日記有著較好的準(zhǔn)確性與一致性。因此華為運(yùn)動(dòng)手環(huán)6可以作為大眾日常睡眠監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)便化的工具，但其測(cè)量睡眠的準(zhǔn)確性以及是否優(yōu)于體動(dòng)記錄儀，尚需與金標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備（PSG）進(jìn)行進(jìn)一步的比對(duì)。

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