自2006年起，美国运动医学学会每年都会依据面向全球健身行业从业人员（教育、训练、社区、医疗、商业等）的行业调查结果，发布预测未来一年全球健身趋势的报告。可穿戴技术（Wearable Technology）于2016年首次在调查中引入，便一直处于20强榜首，除2018年（第3）和2021年（第2）。对于体育科研和医疗健康行业而言，可穿戴技术也许并不陌生现如今，可穿戴设备已经走进了每个人的生活，覆盖了健康管理、运动测量、休闲游戏、社交互动等诸多领域，包含运动手表/手环、VR/AR眼镜、智能衣服/运动鞋等许多常见产品。从科研到实践，智能可穿戴设备凭借着其能够实时监测、可视化反馈的优势，帮助越多越多的普通人了解健康的生活方式并培养规律的健身习惯。在最新的专栏「可穿戴技术」中，我们将带领大家一起了解目前流行的可穿戴技术产品，并进一步探索：（1）可穿戴设备的有效性、可靠性；
（2）生理学基础和技术实现的差距；
（3）未来的结合与应用方向。
今天，先来简单聊一聊智能手表/手环。由于我们最关注的，是其与运动和健康相关的功能，因此在这篇文章中，我们将其简称为运动手表。有了它，我们能更科学地运动吗？
在以上的投票中我们总结了一些常见的与运动、健康相关的功能/指标，只能选其中的几项对于你来说有选择困难吗？“小孩才做选择”，事实上，目前许多的商用运动手表已经具备了提供上述部分甚至大部分信息的能力。
那么，这些在实验室需要通过不同仪器采集的数据是怎样在运动手表上实现采集和集成的呢？在探究其数据信息的有效性和可靠性之前，我们先来了解下采集数据的工具。运动手表一般内置多个传感器，与运动/健康指标相关的主要包括：（⭐表示较普及）：
运动指标相关：加速度传感器⭐、陀螺仪⭐、地磁计、气压传感器、全球定位系统
生物指标相关：光电传感器⭐、血氧（SPO2）传感器⭐、心电（ECG）传感器、皮肤电活动（EDA）传感器、皮肤温度传感器、生物电阻抗传感器、紫外线传感器从这些传感器的名称中，我们能够大概推测出其与什么指标有关。目前常见的运动手表一般均能够提供心率、血氧饱和度、运动速度、运动能量消耗等相关指标，其中有一些能够通过信号采集与处理直接获得，另外一些则需要通过采集到的信号额外进行算法预测。暂不讨论各类传感器的采样频率和准确性相关问题，我们最关心的是，这些基于人体手腕部的生物数据采集是否能反映机体整体的真实生理变化呢？
本期就从与运动关联最紧密且能够直接采集的生理指标「心率」 开始!
心率检测可以看作所有运动手表的“看家本领”。目前市面上的运动手表监测心率的功能多是采用了光电容积脉搏波描记法 (PhotoPlethysmoGraphy，简称PPG)。
测量原理：血液对特定波长的光有吸收作用，每次心跳时，血管的收缩和扩张都会影响光的反射。在检测时，这种特定波长的光束会通过手表照射到腕部皮肤表面（就是我们熟悉的绿色光），每当心脏收缩外周血容量最大，血液对光的吸收量也最大，此时反射到腕部传感器上的光线较少，即被检测为心脏跳动。
这种测量方法的缺点在于，我们平时的运动，姿势，甚至皮肤颜色，是否有纹身等，都会对光电法的心率测量结果产生一定的影响。
在传统的医疗或科研设备中，监测心率和心脏活动一般是经由测量电生理讯号并分析心电图 (Electrocardiography，简称ECG) 来完成的，ECG信号的采集相对复杂，至少需要两个电极与体表接触，且两个电极之间需要满足一定的距离。尽管目前，已有运动手表引入ECG信号采集，但是为满足其测量条件还需要在特定姿势下进行，且目前尚不能够实现全天候的实时监测功能。针对许多运动手表提出的能够测量及提示早搏、房颤等功能，还需要更多严格、透明的科学报告来判断其精确度和可靠性。
不过可以肯定的是，相较于PPG而言，ECG信号能够提供更多、更准确的信息，例如常见的心率衍生指标——心率变异性（HRV，heart rate variability）。HRV与自主神经系统以及心血管健康密切相关，HRV分析的金标准是通过心电信号中的RR间期序列来获得。但是目前市面上已经有许多的运动手表将HRV及其衍生指标进行应用了，他们又是怎么获取数据并进行应用的呢？我们等到之后的系列再继续介绍。
尽管在介绍原理时我们提到了PPG检测存在的一些不足，但是似乎我们不必过于担心。近年的研究提示，目前市面上的大部分腕戴式设备均能够准确、可靠地预测人体心率（Düking 等，2020 年） 。但是，随着运动强度的改变，心率的准确性会有所波动（ Chow and Yang 2020），不同品牌的产品也开始展现出差异（Guy Hajj-Boutros，2022）。总体而言，运动手表测量心率的技术已相对成熟。
除了心跳过缓/过速的提示外，运动手表能在一些关键的时间节点为我们提供：静息心率及其变化趋势、最大心率
运动中心率
运动后心率恢复
静息心率可以反映机体的健康状况和心血管健康状况。同时，被许多人忽略的是，静息心率也是反映机体运动疲劳的可靠指标。如果运动训练的强度过大，会引起次日静息心率的升高，此时我们应该调整运动训练的计划。运动手表的出现让我们可以轻松测量和记录自己每一天的静息心率，方便长期的监测和观察，同时还能够反映机体大强度劳作、运动后的恢复水平。运动中的心率监控为量化体运动锻炼提供了有力工具。运动中的心率能够反映运动的实时强度，帮助我们及时调整运动计划，量化训练剂量；运动后心率一般用来反映机体的恢复水平以及对运动训练的适应程度。此外，从周期性训练的角度来看，以跑步为例，如果经过一段时间的运动，在相同配速和总距离的跑步测试中，如果运动中的平均心率下降，恢复心率曲线增加，那么提示我的运动水平提高了；同理，如果我的储备心率经过一段时间的训练后有所提升，同样能够反映训练效果。
那么除此之外呢？心率还能够反映机体的什么生理机能又或者能够衍生出什么其他指标呢？
能量消耗能够通过某个传感器直接测量吗？一般如何预测？Shei R J, Holder I G, Oumsang A S, et al. Wearable activity trackers–advanced technology or advanced marketing?[J]. European Journal of Applied Physiology, 2022: 1-16.
Düking P, Giessing L, Frenkel M O, et al. Wrist-worn wearables for monitoring heart rate and energy expenditure while sitting or performing light-to-vigorous physical activity: validation study[J]. JMIR mHealth and uHealth, 2020, 8(5): e16716.
Chow H W, Yang C C. Accuracy of optical heart rate sensing technology in wearable fitness trackers for young and older adults: Validation and comparison study[J]. JMIR mHealth and uHealth, 2020, 8(4): e14707.