運動手環(huán)測量睡眠的效度研究

摘要：目的：驗證華為運動手環(huán)6測量睡眠的準確性。方法：招募12名受試者（6名男生、6名女生），同時佩戴華為運動手環(huán)6和體動記錄儀（wGT3X-BT）并配合睡眠日記進行為期一個星期的睡眠測量，測量得到的睡眠參數包括起床時間、入睡時間和總睡眠時長等。結果：起床時間與入睡時間、總睡眠時長的測量值與實際值高度相關，r＞0.95（P＜0.001），ICC≥0.9，起床時間與入睡時間誤差率均小于5%，總睡眠時間誤差率為6.1%。結論：華為運動手環(huán)6在監(jiān)測睡眠方面（如起床時間、入睡時間）與GT3X體動記錄儀和睡眠日記有著較好的準確性與一致性，因此華為運動手環(huán)6可以作為大眾日常睡眠監(jiān)測簡便化的工具。

關鍵詞：運動手環(huán) "睡眠 "效度 "準確性

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

人類不能沒有睡眠，睡眠與生命功能密切相關，睡眠在人體健康中起到關鍵作用，高質量的睡眠能夠緩解疲勞，調節(jié)壓力，使人精力充沛，保持健康，提高學習效率。而睡眠問題是部分生理或精神疾病的風險因素^[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，對于大眾尋求簡單客觀的睡眠檢測工具也成為解決睡眠問題的重中之重。

多導睡眠圖（Polysomnography， PSG）是測量睡眠的金標準，但由于其價格昂貴，需要受試者提前在一天在實驗室中適應，并且需要專業(yè)人員進行睡眠階段的判讀，不適合長期或在家庭中使用。除此之外體動記錄儀、智能手環(huán)、腦電帽等可穿戴設備也屬于客觀測量法的測量設備。體動記錄儀相比PSG更為便攜，而且價格便宜，電池壽命長，操作簡單，如今已在多個人群中廣泛使用并得到驗證^[3，4]，可以作為PSG的替代方案^[5]。但體動記錄儀并不是測量睡眠的金標準，與PSG相比仍有許多局限性。例如，當人們在醒來時并沒有即刻做出劇烈運動，這會導致睡眠時長的高估和清醒時長的低估^[5–10]。除此以外，在分析處理睡眠數據的階段，體動記錄儀需要結合睡眠日記手動輸入受試者入睡時間。這增加了受試者每天使用睡眠日記記錄入睡時間和起床時間的負擔，也增加了研究人員或臨床醫(yī)生完成后續(xù)處理數據的負擔。目前，許多商業(yè)公司也開始研究智能手環(huán)用于日常生活的睡眠測量。智能手環(huán)可以通過ACC加速度傳感器、PPG光電容積脈搏波等技術原理測量睡眠的身體運動、心率變異、血氧飽和度等綜合指標，進一步提升睡眠監(jiān)測的精度，相比傳統體力體動記錄儀更具優(yōu)勢。因此，本次研究旨在對運動手環(huán)測量睡眠進行效度研究，評估其在測量睡眠方面的可靠性，探討運動手環(huán)作為日常監(jiān)測睡眠工具的可行性。

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，參與者均無睡眠障礙。研究經過南京體育學院倫理委員會審批，符合《赫爾辛基宣言》，受試者均了解實驗方案、流程和相關測試要求，并在測試前簽署書面知情同意書。

1.2材料和儀器

1.2.1 GT3X體動記錄儀

本研究使用了GT3X體動記錄儀（wGT3X-BT： actigraph， Pensacola， USA），能夠測量正、橫向和垂直軸的加速度^[11]，并使用ActiLife （Version 6.13.1， ActiGraph， Pensacola， USA）數據分析軟件提取與實驗相關的變量。對于睡眠參數的提取，本研究選擇了Cole-Kripke睡眠算法^[12]，配合睡眠日記運用算法計算出總睡眠時長，入睡時間和起床時間。

1.2.2華為運動手環(huán)6

本研究運用的運動手環(huán)是華為運動手環(huán)6（HUAWEI BAND 6，華為終端有限公司，中國），能夠基于內置傳感器收集到的相關身體活動與生理數據（如心率、體動、血氧等）計算相關睡眠參數^[13]。本研究可以通過華為運動手環(huán)6記錄相關參數，每天通過專用測試APP上傳至華為Research云平臺，其中包括總睡眠時長，入睡時間和起床時間。

1.2.3睡眠日記

本研究中睡眠日記問題包括：1.您昨晚上床的時間；2.昨晚閉上眼睛準備睡覺的時間；3.您入睡后，夜間醒來的次數（含夜間上洗手間 ）；4.昨晚入睡后總計醒來多少分鐘；5.您早上醒來的時間；6.您實際起床的時間 ；7.你如何評價昨晚你的睡眠；通過收集受試者的睡眠日記可以校正GT3X的參數數值。

1.3研究方案

向12名受試者發(fā)放華為運動手環(huán)6和GT3X，受試者需連續(xù)佩戴一個星期，并提醒受試者保持原有睡眠習慣進行測試。在第一晚監(jiān)測開始前，受試者需要明確手環(huán)與GT3X的佩戴方法以及專用測試APP的安裝與使用方式。實驗要求受試者每天在臨睡前1小時將GT3X和手環(huán)同時佩戴在非慣用的手腕上，起床半小時后同時摘下。受試者每天需要在晨起后1小時內填寫睡眠日記，并且每天晚上通過專用測試APP上傳手環(huán)數據。

1.4數據處理與分析

數據統計分析使用統計分析軟件SAS JMP Pro 17.0.0。手環(huán)測量睡眠的準確性評估采用下列幾種方法：簡單相關系數r用于描述GT3X測量睡眠與手環(huán)測量睡眠的相關性；決定系數r²用于描述GT3X測量與手環(huán)測量擬合度；絕對誤差率計算采用（實測值－預測值）/實測值×100%計算，誤差率小于5%為良好，組內相關系數（Intraclass Correlation Coefficient， ICC）用于描述GT3X測量睡眠與手環(huán)測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之間說明一致性程度很強。本研究還使用Bland-Altman圖來量化GT3X測量與手環(huán)測量的一致性，介于一致性界限區(qū)間（Limits of Agreement， LoA）內的散點達到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）計算為差值±1.96標準差。。

2 結果

2.1手環(huán)與GT3X測量結果對比

如表1所示，起床時間與入睡時間的測量值與實際值r＞0.95（P＜0.001），且r²≥0.9，ICC≥0.9，表示手環(huán)睡眠測量結果與GT3X測量值之間一致性較好，且絕對誤差率小于5%，說明手環(huán)測量值與GT3X測量值較為接近。手環(huán)與GT3X測量總睡眠時長一致性較好，ICC＞0.9，兩者測量誤差率為6.1%，存在一定誤差。見表1。Bland-Altman圖顯示起床時間、入睡時間、睡眠總時長測量分別有93%、97%、93%的散點位于一致性界限以內。見圖1。

2.2手環(huán)與睡眠日記測量結果對比

華為手環(huán)與睡眠日記記錄的入睡時間與總睡眠時長r≥0.9，且r2＞0.8，說明華為手環(huán)測量值與主觀睡眠日記所記錄的入睡時間與總睡眠時長具有一定相關性，且擬合程度好。且兩者ICC＞0.9，說明華為手環(huán)與主觀睡眠日記記錄的入睡時間與總睡眠時長一致性較好。見表2。Bland-Altman圖顯示入睡時間、睡眠總時長測量分別有96%、93%的散點位于Bias±95%LoA區(qū)間。見圖2。

3 討論

隨著可穿戴設備逐漸流行，可穿戴設備在睡眠和晝夜節(jié)律領域的應用越來越廣泛^[15]。其中，智能手環(huán)已在不同領域中應用于睡眠研究。例如，在醫(yī)學方面，陳錦源等^[16]應用智能手環(huán)對危重癥患者進行睡眠監(jiān)測，結果表明利用可穿戴設備進行睡眠質量的監(jiān)測并輔助調整鎮(zhèn)靜劑劑量，能夠有效提升患者睡眠質量且能夠減少危重癥患者鎮(zhèn)靜藥物的使用。王威等^[17]應用智能手環(huán)監(jiān)測乳腺癌患者改良術后應用不同鎮(zhèn)靜劑的睡眠質量，通過智能手環(huán)可以更為清楚方便的收集患者在術后睡眠模式及睡眠質量的變化。在體育方面，陳艷艷等^[18]"運用智能手環(huán)結合PSQI主觀問卷監(jiān)測大學生睡眠，探討運動干預對于大學生睡眠質量的改善作用。呂舒琦等^[19]運用智能手表測量職業(yè)人群的睡眠，探究運動與睡眠在職業(yè)人群中的關系。

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

體動記錄儀相較于智能手環(huán)等商業(yè)可穿戴設備更依賴于身體活動的測量，所以當使用體動記錄儀測量睡眠效率和WASO時容易產生偏差^[23]。例如失眠癥患者在試圖入睡時經常躺在床上不動，雖然此時他們并未入睡，但體動記錄儀并不會記錄這段時間為覺醒時間，只會判斷為睡眠^[24]。本研究中運用智能可穿戴設備華為運動手環(huán)6進行睡眠效度研究。華為手環(huán)運用TruSleep?技術，即手環(huán)檢測心率將心電圖（ECG）信號替代為光電容積描記（PPG）信號^[25]，結合心肺耦合（CPC）^[26]檢測來進行睡眠監(jiān)測。對于出入睡的檢測，手環(huán)除了收集體動數據，也會結合心率等生理指標進行計算，從而判斷用戶的出入睡時間點。在本次測量中，手環(huán)測量起床時間相對提前（Bias=-0.12），可能因為GT3X是基于體動收集加速度數據，處理起床時間時不能排除受試者在床上醒來但沒有體動的情況，而手環(huán)采集的睡眠數據是收集體動結合心率、呼吸和血氧等生理指標，所以手環(huán)識別出的時間是受試者醒來的時間，而不是GT3X識別出受試者第一次體動的時間。手環(huán)測量相對GT3X測量的入睡時間推遲（Bias=0.26），與主觀睡眠日記測量的入睡時間一致性較好（ICC=0.97），且偏差不大（Bias=0.04），說明手環(huán)測量出的入睡時間準確性和一致性較好。在總睡眠時長方面，手環(huán)相較于GT3X測量呈現高估總睡眠時長的趨勢（Bias=0.18），但一致性較好（r=0.94，ICC=0.92）。

4 結語

綜上所述，華為運動手環(huán)6在監(jiān)測睡眠方面（如起床時間、入睡時間）與GT3X和睡眠日記有著較好的準確性與一致性。因此華為運動手環(huán)6可以作為大眾日常睡眠監(jiān)測簡便化的工具，但其測量睡眠的準確性以及是否優(yōu)于體動記錄儀，尚需與金標準設備（PSG）進行進一步的比對。

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