智能手环如何监测睡眠

最近看到小米手环 3 的一些介绍,宣传可以监测睡眠情况,同时可以统计深度睡眠浅度睡眠的时长。

在网上查询一番之后,基本可以得出如下结论:

小米手环 3 用来监测睡眠的唯一传感器是三轴加速度传感器,通过该传感器采集睡眠过程中特殊频率的移动,经过一些算法,得出睡眠质量结果。使用这种方式,对于睡眠没有大问题的健康成年人来说,判断觉醒睡眠这两个状态是没有太大偏差的,所以睡眠的时间段信息(比如晚上10:50到早上7:29)是基本可信的结果。

但是,对于睡眠质量结果中的浅度睡眠和深度睡眠,可以认为这个数据是不可靠的。当今睡眠监测的金标准,是 PSG(多导睡眠描记法),多导睡眠描记法主要记录三种活动:脑电波活动 EEG,眼前后电位差 EOG,肌电图 EMG。此外,PSG需要贴很多电极,绑设备,连续监测7天以上,成本非常高昂,通常用于临床上诊断睡眠障碍(睡眠呼吸暂停,发作性睡病,睡眠腿动征等)。可以看到,PSG 这种方式测量的都是神经层面的活动,并非加速器能测量的运动。

所以,各类智能手环/智能手表/利用手机加速度传感器的睡眠监测APP,这些设备或软件并不能准确地区分睡眠阶段,因为睡眠阶段需要依靠监测脑活动来区分,而它们只是通过加速度传感器来监测特定频率的运动。大多数的验证实验对采用加速度传感器监测人体活动产生的加速度来辨别睡眠/觉醒的准确性是持肯定态度的,而在深度睡眠和浅度睡眠的时长这些结果上与 PSG 的一致性低。

另外,手环上的PPG 心率传感器并不是像 apple watch 上的那样24小时实时检测,而是需要用户主动开启检测或者在运动模式下适时地开启(这当然是为了保证续航)。所以,在默认情况下,睡眠时心率传感器是没有开启的。

总结

目前监测睡眠质量的手环/手表/手机APP,其实是 Wrist Actigraphy(腕式活动记录仪,佩戴在非惯用手手腕的加速度计,由于人在入睡后上肢活动明显减少而被利用起来的技术)的衍生产物,基于加速度传感器测量人体运动的数据来判断人体处于觉醒还是睡眠的状态。对于没有较大睡眠问题的健康成年人来说,其总体睡眠时长是值得参考的,而深度睡眠时长和浅度睡眠时长则基本不可信。

参考链接