智能手環(huán)、手表是如何測試睡眠的

1、什么是體動記錄儀？

體動記錄儀（acTIgraphy）最早是20世紀(jì)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(fā)現(xiàn)體動記錄儀能夠應(yīng)用在很多領(lǐng)域，并逐步將其推向市場。30多年來經(jīng)過改進，基于便攜，無創(chuàng)，價格便宜等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用到睡眠／覺醒模式的評估，日常活動強度監(jiān)測，藥物檢測，行為遺傳學(xué)等多領(lǐng)域。

體動記錄儀的工作原理

目前的體動記錄儀基本都具備從3個方向軸進行記錄數(shù)據(jù)，三軸傳感器成為標(biāo)準(zhǔn)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(jù)記錄數(shù)據(jù)，分析軟件通過計算可以分析出能量消耗（energy expenditure）和睡眠相關(guān)參數(shù)（sleep onset TIme ， SOT） ， 覺醒時間（ wake after sleep onset ， WASO） ， 覺醒次數(shù)（awakenings ）， 睡眠效率（sleep efficiency， SE） 等。

2、睡眠深度

睡眠深度一般是以身體活動減少和感覺靈敏度降低作為衡量指標(biāo)的。

深度睡眠是睡眠的一個部分，只占整個睡眠時間的25%，深度睡眠也被稱作是“黃金睡眠”。人的夜間睡眠，一般分5到6個周而復(fù)始的周期，每個睡眠周期約60分鐘～90分鐘。根據(jù)睡眠中腦電波、肌電波及眼球活動的變化，睡眠周期由非快速眼動周期和快速眼動周期組成。非快速眼動睡眠又分為淺睡期、輕睡期、中睡期和深睡期4期，然后進入［快速眼動睡眠期］，算是一個睡眠周期結(jié)束，而后繼續(xù)啟動下一個睡眠周期。

研究表明，占整個睡眠時間大約55%的淺睡期和輕睡期，對解除疲勞作用甚微，而只有進入深睡眠狀態(tài)的中睡期、深睡期及［快速眼動睡眠期］，才對解除疲勞有較大作用。因為在深睡眠狀態(tài)下，大腦皮層細胞處于充分休息狀態(tài)，這對于消除疲勞、恢復(fù)精力、免疫抗病等都有至關(guān)重要的作用。然而這種深度睡眠，只占整個睡眠時間的25%。因此對睡眠好壞的評價，不能光看時間，更重要的是看質(zhì)量。

深度睡眠的時候，人體幾乎不動，但是這種微運動還是跟手環(huán)靜止在桌面是有區(qū)別的。手環(huán)還需要排除未佩戴時靜止的狀態(tài)，如果手環(huán)帶有心率檢測，則通過心率檢測可以知道手環(huán)手表是否佩戴了，排除這種靜止?fàn)顟B(tài)。如果沒有心率檢測，需要通過微運動檢測，去區(qū)分是深度睡眠，還是絕對靜止。

手環(huán)監(jiān)測從原理上是通過感應(yīng)器，感知震動，這對于單身的人還好說，床上只有一個人?；谌S加速度計的判斷，這種原理的“睡眠檢測”實際只能算是一種“睡眠推測”。

進入睡眠程序：加速度傳感器有擺動 并且 擺動頻率不規(guī)律

淺度睡眠：進入睡眠 并且 加速度傳感器擺動幅度小頻率低

清醒狀態(tài)：進入睡眠 并且 加速度傳感器擺動幅度大頻率高

深度睡眠：進入睡眠并且 加速度傳感器無數(shù)值

喚醒程序：加速度傳感器檢測到有規(guī)律的擺動

3、智能手環(huán)和睡眠監(jiān)測

當(dāng)前主流的智能手環(huán)（華為、小米、Jawbone ， Misfit ， 咕咚等）都采用了體動記錄儀進行人體睡眠監(jiān)測。其硬件傳感器記錄人體微小活動，內(nèi)部通過一定算法進行計算出你的睡眠參數(shù)/睡眠狀態(tài)。不同的手環(huán)由于硬件和軟件的差異會存在不同的監(jiān)測結(jié)果偏差。

目前，很多穿戴設(shè)備都有心率傳感器，你的可穿戴設(shè)備具有心動心率傳感器，就可以記錄你睡眠時的心動變化。如果有紅光LED和紅外光LED，就還可以檢測血氧含量。這些對你的睡眠監(jiān)測都是有輔助的分析效果。而且可穿戴設(shè)備具有獨立性，不會受睡在一起的人影響監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4、心肺耦合（CPC）分析

上個世紀(jì)腦電波的發(fā)現(xiàn)讓睡眠研究人員十分興奮，并把腦電波定為評價睡眠的核心訊號，后來又增加了眼電、肌電、呼吸、心電、血氧等等多種生理信號的采集，形成了目前醫(yī)院里使用的多導(dǎo)睡眠監(jiān)測儀。多導(dǎo)睡眠儀雖有它的優(yōu)點，但同時它也有很多的缺點，比如，被試者需要在身上連接各種導(dǎo)線，并要在醫(yī)院的睡眠實驗室睡一個晚上。這樣的環(huán)境和條件往往無法反映被試者平時真實的睡眠；另一大問題是必須依賴有經(jīng)驗的技術(shù)人員花幾個小時去人工識別出腦電圖中的特征波形，對睡眠進行分期。

事實上，睡眠是全身整體的生理過程，大腦放松的同時，肌肉也是在放松的狀態(tài)，心率會減慢、呼吸也會減慢并變得更平穩(wěn)。也就是說，在睡眠中，不僅只有大腦進入特殊的狀態(tài)，身體的其他系統(tǒng)也會表現(xiàn)出睡眠的特征。因此，我們哈佛醫(yī)學(xué)院的睡眠專家和科學(xué)家團隊，通過對睡眠機制的研究，得出通過自主神經(jīng)系統(tǒng)可以更好的反映睡眠狀態(tài)。由于自主神經(jīng)系統(tǒng)的狀態(tài)會表現(xiàn)在心電信號上，而心電監(jiān)測技術(shù)要遠比腦電簡便易行，監(jiān)測本身對睡眠的影響可以降到最低。更重要的是，心臟有自己的節(jié)律特性，會隨著人體的各種狀態(tài)發(fā)生改變。在睡眠的不同狀態(tài)下，心電活動也會表現(xiàn)出不同的特征。

經(jīng)過對大量臨床數(shù)據(jù)的分析，哈佛醫(yī)學(xué)院專家們發(fā)現(xiàn)，在睡眠的時候，心電和呼吸還存在一種奇妙的耦合關(guān)系。當(dāng)人在熟睡的時候，這種耦合性會增強。而在清醒、淺睡、或者一些疾病狀態(tài)下，這種耦合性也會呈現(xiàn)出不同的特點。基于此發(fā)現(xiàn)，哈佛醫(yī)學(xué)院的睡眠專家團隊在2005年創(chuàng)新性地提出了Cardiopulmonary Coupling，也就是心肺耦合的概念，簡稱CPC，并且發(fā)展出成熟的技術(shù)，可以準(zhǔn)確地給出睡眠的分期。通過臨床驗證，這些結(jié)果與傳統(tǒng)基于腦電波方法判斷的睡眠分期結(jié)果有很好的一致性。

CPC技術(shù)的應(yīng)用與優(yōu)勢

在一整夜的睡眠過程中，人體會經(jīng)歷從清醒，淺睡，到熟睡的一個周期性循環(huán)，其中還會穿插若干段與夢境相關(guān)的快速動眼睡眠（REM），每一個睡眠階段都應(yīng)該在一個正常的時間范圍內(nèi)。CPC可以判斷每一個睡眠階段發(fā)生的時間和比例，準(zhǔn)確的刻畫出睡眠的結(jié)構(gòu)，提示用戶是否存在睡眠的問題。

1. 有助于我們對睡眠好壞的準(zhǔn)確判斷

例如，兩個人同時進入睡眠狀態(tài)，也同時起床，他們都認為自己的睡眠質(zhì)量很好。但是，可能其中一個人是真的睡的很好，而另外一個人卻沒有睡好。醫(yī)學(xué)上也證實了這種“主客觀的不一致性”。這個誤以為自己睡眠質(zhì)量很好的人，可能由于睡眠時肌肉的松弛，導(dǎo)致氣道塌陷，造成夜間呼吸異常、憋氣、缺氧等癥狀（睡眠呼吸暫停），影響到全身各系統(tǒng)，長時間可能增加患各種慢性疾病的風(fēng)險，如高血壓，糖尿病，抑郁癥，老年癡呆等。

2. 有助于了解自身睡眠呼吸暫停狀況

因人們常常對打鼾或睡眠呼吸暫停，自我感知度不高，利用CPC，我們可以準(zhǔn)確地監(jiān)測到睡眠呼吸暫停，并判斷暫停的類型和嚴重程度，在早期提出建議，預(yù)防疾病進一步惡化。對于接受治療中的用戶，也可以動態(tài)的跟蹤療效和睡眠質(zhì)量的改善情況。

3. 有助于長期失眠者正確認知自己的睡眠

很多長期抱怨失眠的人，他們是無法正確的判斷自己真正的睡眠狀況的，但CPC可以準(zhǔn)確的描繪出失眠者的睡眠結(jié)構(gòu)，反映他們失眠的原因是入睡困難，淺睡過多，夜間醒來無法再入睡，熟睡時間太少或是太破碎等狀況。

4. CPC檢測可指導(dǎo)個性化調(diào)理方案

醫(yī)生可以根據(jù)CPC的結(jié)果設(shè)計出有針對性的治療方案，用戶自己也可以根據(jù)CPC給出的失眠類型做有針對性的自我調(diào)理。比如：通過早睡早起，改進睡眠習(xí)慣；通過運動放松，進行行為心理調(diào)整；通過控制燈光和噪音，改善睡眠環(huán)境等等。而且，CPC可以持續(xù)的檢測調(diào)理的效果，有利于及時調(diào)整治療方案。

5. 可用于居家檢測反應(yīng)真實睡眠

CPC技術(shù)打破了睡眠監(jiān)測的環(huán)境限制，可以應(yīng)用在胸部或者腕部的穿戴式設(shè)備上，在不影響使用者的睡眠情況下，記錄整夜的睡眠，自動給出分析報告。用戶可以用來作為平時的家居檢測，了解到自己和家人的睡眠質(zhì)量，從而有針對性的調(diào)整和改善睡眠。

目前，CPC技術(shù)已經(jīng)獲得了美國FDA的認證批準(zhǔn)，可以作為安全有效的臨床睡眠質(zhì)量評估工具。美國、歐洲、亞洲（包括中國）醫(yī)療機構(gòu)的大量臨床實驗也證明了CPC技術(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性。它的意義在于打破了睡眠監(jiān)測的環(huán)境限制，可以應(yīng)用在胸部或者腕部的穿戴式設(shè)備上，可以在不影響睡眠的情況下記錄整夜的自主神經(jīng)活動，并且自動分析和給出睡眠報告。用戶可以用來作為平時的家居檢測，了解到自己和家人的睡眠質(zhì)量，從而有針對性地調(diào)整和改善睡眠。我相信，CPC技術(shù)與穿戴設(shè)備的結(jié)合與普及，必將開創(chuàng)出一個新的領(lǐng)域，人類會越來越了解自己，獲得更好的健康生活。

HUAWEI TruSleep采用哈佛醫(yī)學(xué)院CDB權(quán)威認證的CPC心肺耦合分析技術(shù)，全程監(jiān)測用戶整晚的睡眠結(jié)構(gòu)和睡眠質(zhì)量，并提供了200+條的睡眠改善建議，時刻關(guān)注都市人群的身體健康和生活品質(zhì)。

審核編輯 ：李倩