智能手环/手表是如何“监视”你的睡眠的

硬件笔记本 2024-01-25 07:54 885浏览 0评论 0点赞

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自从参加活动，被送了一个华为手环后，我每天都带上智能手表，随时监测健康情况。这一监测，还真发现问题了。我观察了一下自己的深度睡眠情况，每天都是低于1小时。据“专家”说，深度睡眠是黄金睡眠，2小时以上为好。

智能手表是如何监测我的睡眠情况的呢，这个数据到底准不准呢？今天看到了一篇文章，分享给大家，以下内容由“硬件十万个为什么”公众号整理：

1、什么是体动记录仪？

体动记录仪（acTIgraphy）最早是20世纪80年代由美国军方研制用来衡量部队性能的仪器。之后研究人员发现体动记录仪能够应用在很多领域，并逐步将其推向市场。30多年来经过改进，基于便携，无创，价格便宜等优势被广泛应用到睡眠／觉醒模式的评估，日常活动强度监测，药物检测，行为遗传学等多领域。

体动记录仪的工作原理：

目前的体动记录仪基本都具备从3个方向轴进行记录数据，三轴传感器成为标准配置，三轴传感器能够灵敏的从3个方向记录到轻微的移动。根据记录数据，分析软件通过计算可以分析出能量消耗（energy expenditure）和睡眠相关参数（sleep onset TIme，SOT），觉醒时间（wake after sleep onset，WASO），觉醒次数（awakenings），睡眠效率（sleep efficiency，SE）等。

2、睡眠深度

睡眠深度一般是以身体活动减少和感觉灵敏度降低作为衡量指标的。

深度睡眠是睡眠的一个部分，只占整个睡眠时间的25%，深度睡眠也被称作是“黄金睡眠”。人的夜间睡眠，一般分5到6个周而复始的周期，每个睡眠周期约60分钟～90分钟。根据睡眠中脑电波、肌电波及眼球活动的变化，睡眠周期由非快速眼动周期和快速眼动周期组成。非快速眼动睡眠又分为浅睡期、轻睡期、中睡期和深睡期4期，然后进入［快速眼动睡眠期］，算是一个睡眠周期结束，而后继续启动下一个睡眠周期。

研究表明，占整个睡眠时间大约55%的浅睡期和轻睡期，对解除疲劳作用甚微，而只有进入深睡眠状态的中睡期、深睡期及［快速眼动睡眠期］，才对解除疲劳有较大作用。因为在深睡眠状态下，大脑皮层细胞处于充分休息状态，这对于消除疲劳、恢复精力、免疫抗病等都有至关重要的作用。然而这种深度睡眠，只占整个睡眠时间的25%。因此对睡眠好坏的评价，不能光看时间，更重要的是看质量。

深度睡眠的时候，人体几乎不动，但是这种微运动还是跟手环静止在桌面是有区别的。手环还需要排除未佩戴时静止的状态，如果手环带有心率检测，则通过心率检测可以知道手环手表是否佩戴了，排除这种静止状态。如果没有心率检测，需要通过微运动检测，去区分是深度睡眠，还是绝对静止。

手环监测从原理上是通过感应器，感知震动，这对于单身的人还好说，床上只有一个人。基于三轴加速度计的判断，这种原理的“睡眠检测”实际只能算是一种“睡眠推测”。

进入睡眠程序：加速度传感器有摆动并且摆动频率不规律
浅度睡眠：进入睡眠并且加速度传感器摆动幅度小频率低
清醒状态：进入睡眠并且加速度传感器摆动幅度大频率高
深度睡眠：进入睡眠并且加速度传感器无数值
唤醒程序：加速度传感器检测到有规律的摆动

3、智能手环和睡眠监测

当前主流的智能手环（华为、小米、Jawbone ， Misfit ，咕咚等）都采用了体动记录仪进行人体睡眠监测。其硬件传感器记录人体微小活动，内部通过一定算法进行计算出你的睡眠参数/睡眠状态。不同的手环由于硬件和软件的差异会存在不同的监测结果偏差。

目前，很多穿戴设备都有心率传感器，你的可穿戴设备具有心动心率传感器，就可以记录你睡眠时的心动变化。如果有红光LED和红外光LED，就还可以检测血氧含量。这些对你的睡眠监测都是有辅助的分析效果。而且可穿戴设备具有独立性，不会受睡在一起的人影响监测数据。

4、心肺耦合（CPC）分析

上个世纪脑电波的发现让睡眠研究人员十分兴奋，并把脑电波定为评价睡眠的核心讯号，后来又增加了眼电、肌电、呼吸、心电、血氧等等多种生理信号的采集，形成了目前医院里使用的多导睡眠监测仪。多导睡眠仪虽有它的优点，但同时它也有很多的缺点，比如，被试者需要在身上连接各种导线，并要在医院的睡眠实验室睡一个晚上。这样的环境和条件往往无法反映被试者平时真实的睡眠；另一大问题是必须依赖有经验的技术人员花几个小时去人工识别出脑电图中的特征波形，对睡眠进行分期。

事实上，睡眠是全身整体的生理过程，大脑放松的同时，肌肉也是在放松的状态，心率会减慢、呼吸也会减慢并变得更平稳。也就是说，在睡眠中，不仅只有大脑进入特殊的状态，身体的其他系统也会表现出睡眠的特征。因此，我们哈佛医学院的睡眠专家和科学家团队，通过对睡眠机制的研究，得出通过自主神经系统可以更好的反映睡眠状态。由于自主神经系统的状态会表现在心电信号上，而心电监测技术要远比脑电简便易行，监测本身对睡眠的影响可以降到最低。更重要的是，心脏有自己的节律特性，会随着人体的各种状态发生改变。在睡眠的不同状态下，心电活动也会表现出不同的特征。

经过对大量临床数据的分析，哈佛医学院专家们发现，在睡眠的时候，心电和呼吸还存在一种奇妙的耦合关系。当人在熟睡的时候，这种耦合性会增强。而在清醒、浅睡、或者一些疾病状态下，这种耦合性也会呈现出不同的特点。基于此发现，哈佛医学院的睡眠专家团队在2005年创新性地提出了Cardiopulmonary Coupling，也就是心肺耦合的概念，简称CPC，并且发展出成熟的技术，可以准确地给出睡眠的分期。通过临床验证，这些结果与传统基于脑电波方法判断的睡眠分期结果有很好的一致性。

CPC技术的应用与优势

在一整夜的睡眠过程中，人体会经历从清醒，浅睡，到熟睡的一个周期性循环，其中还会穿插若干段与梦境相关的快速动眼睡眠（REM），每一个睡眠阶段都应该在一个正常的时间范围内。CPC可以判断每一个睡眠阶段发生的时间和比例，准确的刻画出睡眠的结构，提示用户是否存在睡眠的问题。

1. 有助于我们对睡眠好坏的准确判断

例如，两个人同时进入睡眠状态，也同时起床，他们都认为自己的睡眠质量很好。但是，可能其中一个人是真的睡的很好，而另外一个人却没有睡好。医学上也证实了这种“主客观的不一致性”。这个误以为自己睡眠质量很好的人，可能由于睡眠时肌肉的松弛，导致气道塌陷，造成夜间呼吸异常、憋气、缺氧等症状（睡眠呼吸暂停），影响到全身各系统，长时间可能增加患各种慢性疾病的风险，如高血压，糖尿病，抑郁症，老年痴呆等。

2. 有助于了解自身睡眠呼吸暂停状况

因人们常常对打鼾或睡眠呼吸暂停，自我感知度不高，利用CPC，我们可以准确地监测到睡眠呼吸暂停，并判断暂停的类型和严重程度，在早期提出建议，预防疾病进一步恶化。对于接受治疗中的用户，也可以动态的跟踪疗效和睡眠质量的改善情况。

3. 有助于长期失眠者正确认知自己的睡眠

很多长期抱怨失眠的人，他们是无法正确的判断自己真正的睡眠状况的，但CPC可以准确的描绘出失眠者的睡眠结构，反映他们失眠的原因是入睡困难，浅睡过多，夜间醒来无法再入睡，熟睡时间太少或是太破碎等状况。

4. CPC检测可指导个性化调理方案

医生可以根据CPC的结果设计出有针对性的治疗方案，用户自己也可以根据CPC给出的失眠类型做有针对性的自我调理。比如：通过早睡早起，改进睡眠习惯；通过运动放松，进行行为心理调整；通过控制灯光和噪音，改善睡眠环境等等。而且，CPC可以持续的检测调理的效果，有利于及时调整治疗方案。

5. 可用于居家检测反应真实睡眠

CPC技术打破了睡眠监测的环境限制，可以应用在胸部或者腕部的穿戴式设备上，在不影响使用者的睡眠情况下，记录整夜的睡眠，自动给出分析报告。用户可以用来作为平时的家居检测，了解到自己和家人的睡眠质量，从而有针对性的调整和改善睡眠。

目前，CPC技术已经获得了美国FDA的认证批准，可以作为安全有效的临床睡眠质量评估工具。美国、欧洲、亚洲（包括中国）医疗机构的大量临床实验也证明了CPC技术的准确性和可靠性。它的意义在于打破了睡眠监测的环境限制，可以应用在胸部或者腕部的穿戴式设备上，可以在不影响睡眠的情况下记录整夜的自主神经活动，并且自动分析和给出睡眠报告。用户可以用来作为平时的家居检测，了解到自己和家人的睡眠质量，从而有针对性地调整和改善睡眠。我相信，CPC技术与穿戴设备的结合与普及，必将开创出一个新的领域，人类会越来越了解自己，获得更好的健康生活。

HUAWEI TruSleep采用哈佛医学院CDB权威认证的CPC心肺耦合分析技术，全程监测用户整晚的睡眠结构和睡眠质量，并提供了200+条的睡眠改善建议，时刻关注都市人群的身体健康和生活品质。

本文整理自：

《睡眠医学领域的革命性创新——心肺耦合（CPC）分析》马彦哈佛大学医学院讲师、哈佛CDB中心研究员、睡眠医生