智能手表测量身体活动的信效度研究.pdf

196 Vol.40,No.2February,2024第 40 卷第 2 期2024 年 2 月IT REPORT1 研究对象与方法1.1 研究对象本文三星 Galaxy Watch6 为研究对象，对其进行了详细的分析。这款智能手表内置可穿戴芯片，并配备了加速度、陀螺仪、地磁以及光学心率等多种传感器装置。1.2 研究方法1.1.1 受试者本研究纳入 102 例成人，其中 18-24 岁青少年 44 例，55-91 岁 58 例，按年龄分组，全部参与者自愿参与。入选标准为：全身健康，无神经系统、心血管疾病、下肢受伤、残疾等不良病史。1.1.2 加速度计测量基于 ActigraphGT3X+三轴加速度传感器，以其“金标准”对 GalaxyWatch6 进行测试。ActigraphGT3X+由于智能手表测量身体活动的信效度研究刘应乾（深圳市盛乾通科技有限公司，广东深圳518000）摘要：体力运动（PA）是一种重要的健康影响因子，近年来，越来越多的研究发现 PA 水平的降低心血管、2 型糖尿病等多种慢性疾病的发生密切相关。目前，智能手表能够实现对人体运动能量的实时跟踪，从而在某种程度上解决了 PA 的定量检测与实时监控问题。但是，测量精度是智能手表等监控仪器的发展与应用的关键。为此，本项目对智能手表测量身体活动的信效度进行实证分析，以期为健康管理与干预提供科学依据。关键词：智能手表；体力活动；信效度中图分类号：G812文献标志码：A文章编号：1672-4739（2024）02-0196-03A Study on the Reliability and Validity of Measuring Physical Activity with a Smart WatchLIU Yingqian（Shenzhen Shengqiantong Technology Co.,Ltd,Shenzhen 518000,China）Abstract：Physical exercise(PA)is an important health influencing factor.In recent years,more and more studies have found that the decrease of PA level is closely related to the occurrence of cardiovascular,malignant tumor,type 2 diabetes and other chronic diseases.At present,smartwatches can achieve real-time tracking of human motion energy,thereby solving the problem of quantitative detection and real-time monitoring of PA.However,measurement accuracy is crucial for the development and application of monitoring instruments such as smartwatches.Therefore,this project conducts empirical analysis on the reliability and validity of measuring physical activity using smartwatches,in order to provide scientific basis for health management and intervention.Keywords：smartwatch；physical activity；reliability and validity其快速、准确等优点，广泛应用于体育健身、养生保健等领域。应用 ActigraphGT3X+支架固定于病人的右侧髋关节。通过 ActiLifeV6.13.4 对原始数据和临床数据进行统计分析。1.1.3 实验流程首先，研究者向被试做了详尽的讲解，并在充分了解了该试验的相关规定和程序后，才签订了书面的知情同意书。其次，对入选的参与者，将于第一天进行生理学测试，并穿戴 ActigraphGT3X+及 Galaxy Watch6 智能手表。此外，在持续佩戴器械一个星期内，除了在水中游泳等运动以外，尽可能避免取下器械。最终，在持续 7 天的数据收集后，进行了仪器的回收和数据整理。1.1.4 数据分析本研究拟基于前期研究结果和文献报道，剔除每日使用少于 10 小时和使用少于 2 天的数据，采用 SPSS 24和 GraphPadPrism9 软件对其他数据进行统计学处理。首先，对 GalaxyWatch6 和 ActigraphGT3X+的数据采用平均数 标准偏差进行了描述。其次，对“金标准”与 GalaxyWatch6 的可靠性进行了研究。最后，通过对 收稿日期：2024-01-19作者简介：刘应乾（1978.08-），男，汉族，河南登封人，本科，职位：总经理，研究方向：智能手表，无线传感器相关。197 Vol.40,No.2February,2024第 40 卷第 2 期2024 年 2 月IT REPORTGalaxyWatch6 与 ActigraphGT3X+的 平 均 百 分 数 误 差（MPE）进行对比分析。2 结果与分析2.1 可靠性分析表 1 所示为 ActigraphGT3X+和 GalaxyWatch6 的对比。该研究认为，ICC 的阈值是：低于 0.60，属于低水平；在 0.60 到 0.75 之间属于中度水平；在 0.75 到 0.90之间属于高水平；0.90 以上是很高的。从结果可以看出，GalaxyWatch6 的步数可信度较高（ICC=0.88,95%CI=0.76，0.93,P0.001），并且与年龄无关。相比之下，GalaxyWatch6 在总体能量消耗计量上属于中等偏上（ICC=0.75,95%CI=0.67，0.80,P0.001），而年轻人群则表现更好（ICC=0.76）。1.2 每日总步数从表2可以明显看出，GalaxyWatch6比ActigraphGT3X+测量值更容易过高（MD=-1319），且在中老年群体中的高估情况较多，而在青年群体中较少。另外，从表 2 可以看出 GalaxyWatch6 的错误率比较低（MPE 和 MAPE 分别为-17.47%和 25.77%），说明 GalaxyWatch6 在步数估计上是有效的。但在青年人中，MPE 和 MAPE 分别为-14.55%和 21.91%，前者显著高于后者。1.3 每日总活动能耗从表 3 可以看出，GalaxyWatch6 与 ActigraphGT3X+测定值相比每日总活动能耗往往会被低估，而老年人（MD=54.73）比年轻人（MD=44.39）低估情况更多。表 1 可靠性分析结果组别测量指标皮尔逊积矩相关系数PPMCC（95%CI）P 值类内相关系数ICC（95%CI）P 值总样本步数0.92(0.90,0.93)0.0010.88(0.76.0.93)0.001活动消耗0.77(0.73.0.81)0.0010.75(0.67,0.80)0.001青年组步数0.91(0.88,0.94)0.0010.88(0.79,0.92)0.001活动消耗0.80(0.75.0.85)0.0010.76(0.67,0.83)0.001中老年组步数0.92(0.90.0.94)0.0010.88(0.73,0.93)0.001活动消耗0.76(0.69.0.81)0.0010.73(0.65,0.80)30%）。这 一 研 究结果与其他学者的相关研究结果相同。目前，关于 GalaxyWatch6 在日常使用过程中的能量消耗测试方面的研究还比较少见。Le 等人对 GalaxyWatch6 在室外环境中的能量消耗进行了测试，结果显示，行走状态下，GalaxyWatch6 的 ICC 值为 0.76，MAPE 值为 9.9%，而运动状态下的 ICC 值为 0.68，MAPE 值为 11.9%。可以看出 GalaxyWatch6 在控制状态下的能量消耗测试是可信的。然而，前期研究发现，在实际工况下，受地表环境、人员行为等多种因素的干扰，测试数据的准确性远低于可控或短时工况，导致实验数据可信度偏低。与此形成鲜明对比的是，GalaxyWatch6 对青年（MAPE=30.32%）总体能量消耗的信度优于中老年组（MAPE=36.32）。究其原因，主要是由于老年人的步行速度慢，且动作较为不规则，造成腕表对人体动作种类的辨识准确度偏低。4 结论总之，虽然三星 GalaxyWatch6 在实际使用过程中存在过高估计步数、过低估计整体能量消耗的现象，但其在实际生活中仍然可以成为一种可靠、高效的测量工具，可以用于人体运动能量的实时监控。由于 GalaxyWatch6对于年轻人和老人来说，都表现出了很好的信度。GalaxyWatch6 在衡量整个工作能量消耗时也是适中的精确度，但是在一些要求高精确度的研究中要小心。随着社会信息化、智能化水平的不断提高，可穿戴式智能终端的发展具有广阔的应用前景。智能可穿戴式电子产品以其功能强大、价格比高等优势，已成为世界健身潮流的风向标，在体育锻炼、健康促进等方面扮演着越来越重要的角色3。因此，如何有效地评价并提升其信效度，对使用者及决策具有重要意义。但与智能终端迭代和行业发展相比较，现有的信效度研究尚显不足。比如，目前还没有关于三星 Galaxy Watch6 手表日常测量能耗的信效度的研究，更缺乏亚洲人的相关研究。所以，在今后的工作中，需要对新的仪器及性能进行定期的评价，以满足使用者的需要。在此基础上，研究人员还将以充分挖掘器件潜在的使用潜能为导向，提出更多的可靠性评价方法，以期实现对复杂场景、不同群体的器件信效度评价4。但从实际应用角度来看，其信效度研究主要集中在腕戴式、日常使用环境以及针对不同群体的监测效果上。举个例子，以前的研究显示，设备戴在腕部比身体其他部分更加舒服，而且使用者也更愿意戴5。另外，目前常用的间接测温、双标法等高精度测量手段存在成本高、操作繁琐等问题，难以满足实时性、便捷性和经济性要求。然而，由于个体差异、环境多变、行为复杂，难以适用统一的度量准则，但若能充分综合考虑多种因素（如行为模式的准确性、多感知信息的融合等），则有助于改进、丰富与发展算法，使其度量潜能最大化。参考文献：1 温煦,袁冰,李华,等.论智能可穿戴设备在我国体力活动大数据分析中的应用J.中国体育科技,2017,53(2):80-87.2何晓龙，史文越，盛张群.智能手环/手机应用程序在不同步行速度或路面中的计步有效性研究J.中国体育科技,2016,52(6):122-127.3蒿莹莹,张琳,马晓凯,等.运动智能手环监测身体活动量的效度研究进展J.上海体育学院学报,2019,43(4):73-83.4邵佳炜,殷义勋.基于智能手表的生理健康数据采集系统J.移动信息,2022(002):000.5梁家政.基于智能手表的健康数据挖掘与分析J.移动信息,2016,000(010):135-136.