智能手环是怎样监测我们的心率和睡眠的？

互推小编 2024-02-05

现代社会，人们的各种压力越来越大，睡眠质量显得尤为重要，跟踪记录睡眠情况能让我们更好地调节自己的睡眠。近年来，智能手环和智能手表的诞生让我们能够时时关心自己的心率和睡眠质量。那么，小伙伴们有没有思考过，一个小小的智能手环或手表是如何做到的呢？

对于睡眠质量，智能手环或手表是通过体动记录仪来实现的。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，行为遗传学等众多领域。

我们知道，浅睡眠时，人体会产生一定的轻微运动，智能手环此时监测到的体动大多会判断佩戴者是浅睡眠状态；而深度睡眠的时候人的肌肉会松弛，肢体也不会产生较大的运动，甚至不会动，此时睡眠手环记录到的体动较少，就认为是深睡眠。因此，睡眠质量的监测实际上就是在感应我们的身体在睡眠时有没有比较大的动作，有的时候戴着手环翻身，其实也是深睡眠状态，但因为“动了”，智能手环也会识别成浅睡眠。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和睡眠相关参数，觉醒时间，觉醒次数，睡眠效率等。

而对于心率的监测，目前的方法主要有两种：一是光电透射测量法，另一种是心电信号测量法。所谓光电透射测量法，就是心脏的规律跳动会引起血液透光率的变化，采集这种变化信息并变换为电信号，对应的就是心率信息，它是以光学的方式来测量脉搏的一种技术。简单来说，在运动手环的背面有一个光电接收器，会发射出绿光。光束发出后，皮肤、肌肉组织和血液都会吸收一部分，剩下的再被反射回接收器上。血液倾向于反射红光吸收绿光，因此心脏在收缩和舒张时会产生颜色不同的反射光，手环通过检测这些反射光，再运用一定的算法，折算出心率。

细心的小伙伴可能会发现，在运动手环上，我们经常见到的都是绿光LED，这是为什么呢？这是因为在血液这种红色液体面前，绿光的吸收率是最大的，对于数据判断也是比较准确的。当用户的心脏跳动时，会有更多的血液流过用户的手腕，绿光的吸收量也会越大；在心脏跳动间隙，血液流量减少，导致绿光的吸收也会减少。

第二种方法是心电信号测量法，这种方法与医院常用的心电图检测类似，不同的是，医院需要在心口、四肢上都要加上电极，需要测量更多的数据，而腕式手表就不需要那么多数据，仅仅心率就够了。人体组织和体液都能导电，心脏好比电源，无数心肌细胞的电位变化可以传导并反映到体表。在身体表面不同的部位存在着电位差，通过收集到的电极变化，经过算法处理，便可以还原出心率数值。

2018年有报道称，将运动手环戴在纸巾上，测出纸巾心率为80，难道纸巾成精了吗？当然不是。当我们把运动手环或运动手表放在非生命体上，它无法识别出来这是否是生命体，只会默认为那是你的手腕，然后开始自己的工作。所以即便卫生纸没有心跳，当发射器发出绿光投放在卫生纸表面，依旧会有光反射，最终得到的是卫生纸表面光反射以后，接收器收到的结果。因此，智能手环也好智能手表也好，它们对于心率的测试和睡眠质量的监控也仅仅是依靠智能部件去估算一个合理值的范围，对健康质量和数据有确切需求的人群还是建议用专业的医疗器械进行测量。

参考文献

[1https://mp.weixin.qq.com/s/QOREh6X-qgyCBQT1JJvbFA

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/TK38xpT2BDB_SMcscasOng

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/YnHm08d4EwLZJo4cNY44DA

来源：“力学科普”公众号

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