[心得] 幾個不同的穿戴裝置的心率變異性& 睡眠測量

曾幾何時年輕時的那種睡過頭的超能力，在步入中年之後的某天忽然就消失了。:( 沒想到現在睡覺前也要握拳 「嗯！今天要加油喔~」。lol 來鼓勵自己努力睡覺。

有趣的是這也成了大叔的優勢，認識的年輕人會用佩服的口吻說我很有紀律，總是那麼
早起，又或是很早就看到我在田徑場繞圈圈。XD 「喔不不不，您誤會了」，我只是被
睡不著還有太早醒所困擾罷了。

某些程度上我的睡眠在求助醫生之後得到很好的解決，儘管自覺的睡眠狀態是好的，早
起也已是常態，但我的手錶上的睡眠品質分數總是慘烈，這時不免懷疑我的手錶是準確
的嗎？

此外，HRV （心率變異性）我認為對於跑者來說是一個不錯的參考，不管是整夜又或是
早晨的規律測量可以讓你有一個判斷依據是來決定跑步的強度。那麼問題來了，
一支$7490的彷彿玩具般的手錶的 HRV 是否準確？

儘管看上去有兩個重點 - 「睡眠 & HRV」。但睡眠的部份我並沒有詳細的數據，一方
面是我沒有正確答案來對照，而根據 physionet 上開源的睡眠資料階段集[1]，實際上
並不含 ECG (心電圖），睡眠階段的定義主要由 EEG（腦電圖）EOG(眼電圖)等決定，因此不管是使用ECG心率帶又或是PPG跑步手錶都只是間接的推測所得的睡眠階段圖，正確
性令人存疑。因此在睡眠上我只會提供觀察的結果，並且引用別人的結論。

相較於睡眠階段圖的不確定性，較有收穫的是 HRV。篇幅所限此篇只會呈現整晚的 HRV
，忽略早上規律的測量，早上的測量對於跑者判斷當天的狀況其實也有幫助[2]，之後有機會再做補充。

- 測試方法

收集35晚的睡眠，測試的裝置為 COROS Pace 3，Google Pixel Watch 2，Polar H10
以及 Polar Verity Sense，以 Polar H10 為標準，計算其他裝置與它的相關性。

- 使用心率變異性分析軟體 - HRVanalysis

由衷感謝由Jean Monnet University的 ANSLabTools 所開發的這套免費軟體，沒有它
無法一探究竟滿足好奇心。[3] 這軟體免費簡直太佛心。

- Polar H10

綁胸部，加上電極凝膠。

拜 Polar SDK 所賜，可以輕易讀取其原始 raw data， Polar H10 底層提供了加速度
計，心率，RR (兩次R波間隔，分析HRV的主要來源)以及130 Hz 心電圖。

流程會是：

RR -> HRVanalysis -> 去除偽影-> 分析心率變異率

白話就是拍照 -> 開美肌 -> 可能要手動或自動修掉瑕疵 -> 最後得到你要的輪廓。

Polar H10 有非常乾淨的訊號源，在35晚的睡眠之中，需要被去除或是校正的偽影平均
僅有0.048%，中位數為 0.025%，僅有一晚異常為 0.39%。

HRV 的分析方式為全時的收集所有RR間隔，並且以每五鐘為窗口分析一次HRV，最後再由整晚的各個五分鐘求其平均，得到一個單一值。

- Polar Verity Sense

綁左上手臂，Polar Verity Sense 底層直接提供了 PPI (兩個脈博的間隔，用此來計算心率變異率)

路徑為:

PPI -> HRVanalysis -> 去除偽影-> 分析心率變異率

光學手臂式PPG的平均偽影率相比 H10 就高很多達0.814%，中位數為0.87%，標準差為
0.318。這個波動是高的，大概就是一個翻身，不小心碰到臂式心率帶，就一堆偽影跑
出來:)

- COROS Pace 3 & Google Pixel Watch 2

COROS Pace 3 戴右手，在此之前已經確認過30晚左手以及右手的HRV值幾乎無差異。
Pixel Watch 2 戴左手，鬆緊程度如同 Google 官方建議。

- 實驗結果，Polar H10, COROS Pace 3 & Google PW2 的折線圖。

https://imgur.com/a/jO1Cjp3

上圖可以看到使用三種不同的裝置的折線圖，在此刻意忽略Verity Sense，因為過於貼
合H10影響閱讀。綠色線為 COROS Pace 3， 不意外地它比 H10 高上一些，為何會不意
外呢？這源自一篇文章[4]，作者是一位自行車運動愛好者，他熱衷於 HRV 的探索尤其
是其中一個指標DFA a1。他的測量的結果為 Garmin FR 965 一個晚上為 47 ms，
而Movesense ECG 心率帶 + Kubios HRV Scientific 分析的結果 18 ms，Garmin FR
965 偏移了將近 2.5 倍。作者在末段下了評論：

"If Garmin can't get optical HRV correct, what else are they messing up that
we can't easily measure? This illustrates the need for us to "trust but
verify."

是啊，trust but verify ，不應該盲目地相信任何廠牌所宣稱的。該作者的 blog
"muscleoxygentraining" 裡面的每一篇文章都很值得一讀，也感謝他的分享引起我的好奇心。

上述 Garmin FR 965 偏移將近 2.5 倍純屬個人的經驗，作者並沒有更進一步驗證多個
晚上的數據，我相信如果測試多個晚上，其趨勢應該也是可以參考的。至於為何 COROS
Pace 3 會偏高？就我的經驗似乎可以推測出來，如下圖：

https://imgur.com/a/oDnz8gN

這是一次睡眠的翻身，過程造成了 Polar H10 電極貼片部份懸空，注意到這時紅色線
有一根非常高的值代表這中間漏了拍，因此間隔就拉大了，這是一次明顯的偽影會在後
面的處理被校正。這種偽影隨著運動的增加會大幅地提高，這樣的漏拍在所有偽影中佔
了 96.8% [5] 慶幸地是這樣的偽影是可以被校正的。

如果這樣的漏拍沒有得到適當的處理，RR間隔值就會因為漏拍而提高進而讓整個 HRV 平均值增加，也許你會認為你的 HRV 落入了廠商所宣稱的「正常範圍」，然而有可能只不過是手腕的光學訊號太混亂，又或者是廠商後端的算法過濾不掉偽影罷了。一個明顯的
例子如下：

https://imgur.com/a/FFBt13S

Pace 3 的 100 ms 那個時間點對比在 H10 + HRVanalysis 同時間段為 33 ms。

簡單來說大概就是開美肌濾不掉在臉上的髒汙之類，而髒汙不是你的錯。XD

儘管 COROS Pace 3 的 HRV 整體偏高，但慶幸還是有按照趨勢走，幾個低值也有表現出來，最低的幾次的確當天也有感受到壓力。

Google Pixel Watch 2 有點意外準，如同 [4] 所呈現的結果，大概就是美肌開的有一
點點過頭，但是看起來又感覺還不錯 lol 我不知道他們是怎麼辦到的。

- 相關性

https://imgur.com/a/sbTZ8Gv
https://imgur.com/a/jHwndSn
https://imgur.com/a/weCRvxh

Polar_H10 = 0.9364 * COROS_Pace3 - 4.6563

- 額外的補充，關於睡眠

測量 HRV 的同時，其實也測量了 Google PW2，COROS 以及 Sleep2 + H10的睡眠時間以及睡眠階段圖的準確性，如同上述，這些 PPG 或是 ECG 的感測器對於睡眠都只是推估，我沒有正確的答案可以對，一個 Youtube 頻道有對大多數的穿戴裝置的睡眠功能進行評比有興趣的跑友可以參考[6]

就[6]的評比，基本上排序是：

Sleep2 + H10(Verity Sense) 以及 Apple Watch > (Oura Ring, Fitbit, Samsung
, Google, Garmin) > COROS & 諸多中國品牌

個人的實測上，睡眠時間 COROS , Google Pixel Watch 2 以及
Sleep2 + H10(Verity Sense)高度相關。也符合[7] COROS 官方宣稱的。

在睡眠品質上，自覺的睡眠品質大部分偏向 PW2 與 Sleep2 + H10，COROS 常常說我睡
不好。

在睡眠階段圖中，Google PW2 與 Sleep2 + H10 的一致性較高，在測試多晚中，有幾
晚的 COROS 睡眠階段圖完全與 PW2 以及 Sleep2 + H10 脫勾。尤其在剛入睡進入第一
次深度睡眠時，COROS Pace 3 似乎總是判斷錯誤，這除了對比上述兩個其他裝置外，
我也對比了 HRV 中的 LF/HF 比值以及 rMSSD值，LF/HF 很低以及 rMSSD 逐漸升高，
代表著副交感神經的活躍，相比於其他睡眠時間，似乎是我整段睡眠時間中睡得最好的
時候。

- 結論
- 儘管HRV值偏高，但COROS Pace 3 的 HRV 趨勢是可信任的。
- Google Pixel Watch 2 & Polar Verity Sense 高度符合 Polar H10。
- Trust, but verify 不要盲目相信廠商所宣稱的。
- 睡眠時間上所有裝置高度相關。但COROS 的睡眠階段有待加強。

以上僅供參考。

[1] Physionet Sleep-EDF Database Expanded
https://physionet.org/content/sleep-edfx/1.0.0/

[2] What you need to know about Heart Rate Variability (HRV) data collected
during the night
https://reurl.cc/OYXvyv

[3] HRVanalysis: A Free Software for Analyzing Cardiac Autonomic Activity
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5118625/

[4] Garmin Resting HRV - my experience
https://reurl.cc/EV21Q0

[5] HRV artifact avoidance vs correction, getting it right the first time
https://reurl.cc/yRn69q

[6] Best Wearables for Sleep: Scientific Rankings
https://www.youtube.com/watch?v=PvqRLG0K4SQ&list=LL&index=18&t=861s

[7] Daylight Savings Stole Your Sleep? How Losing an Hour Affects Your
Training
https://reurl.cc/OYXMb7

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一些廠商會宣稱 HRV 值多少才是"正常"，然而有趣的是廠商本身的感測器就不夠 準確，而恰好不準大部分都是較高的值(容易被解讀成當日的狀況好或是睡得好)， 因此會被誤判。 COROS 在 HRV 上與黃金標準呈現很強的正相關性，儘管值仍舊偏高，但趨勢可 以信賴。 但在睡眠上，COROS 不夠準確。如果很在意看睡眠品質，那麼Apple Watch 最好。 就說服自己可以買兩隻錶 lol

Iso大你的值看起來都在基線內不用太在意，我覺得就看趨勢就好。 趨勢向下與不同的壓力源有關，如果是直線的下降，可以回顧一下 自己當天的狀況，例如我上面的折線圖，以 Polar H10 測試整晚 HRV (rMSSD) 只有 11.8 ms, 那天整天都很忙，有長途的跋涉且 新的社交。另外一次沒在圖內的是萬金石當天，長途加上過夜， 又緊張當天的工作內容，所以值只有 21 ms。未來若是這樣的直線 下降我會調整當日的課表。 至於睡眠就一起努力吧！XD