Fitbit Charge 4光电容积脉搏波心率传感器在生态条件下的可靠性与准确性验证研究

本研究针对腕戴式光电容积脉搏波(PPG)心率传感器在非实验室控制条件下的测量准确性问题，通过对比Fitbit Charge 4与Polar H10胸带在6种运动场景下的数据，发现设备对"锐利"手臂运动敏感，跑步运动可靠性最佳(ICC=0.90)，羽毛球误差最大(偏差-16.5 bpm)，为运动监测设备的选择提供了重要依据。

　　

在可穿戴设备爆发的时代，腕戴式心率监测器因其便捷性逐渐取代传统胸带，但关于其在真实运动场景中的准确性始终存在争议。法国加莱体育科学大学的研究团队在《JMIR mHealth and uHealth》发表的研究，首次系统评估了Fitbit Charge 4(FC4)搭载的绿光光电容积脉搏波(PPG)传感器在羽毛球、定向越野等6种生态运动场景下的表现。

研究采用26名健康受试者(平均21.1±5.8岁)同步佩戴FC4和医用级Polar H10胸带的对照设计，累计采集77.5小时运动数据。通过MATLAB同步信号后，采用类内相关系数(ICC)、Lin一致性相关系数(CCC)和Bland-Altman分析等多元统计方法，首次量化了不同运动类型对测量准确性的影响。

【结果】

1. 可靠性分析：跑步运动展现最佳可靠性(ICC=0.90，CCC=0.99)，而羽毛球可靠性最差(ICC=0.37)，证实周期性运动更适合PPG监测。
2. 准确性差异：跑步偏差仅0.1 bpm，而羽毛球和足球均出现-16.5 bpm显著低估，LOA宽度达103.5 bpm，揭示"锐利"手臂运动产生严重运动伪影。
3. 皮肤色调影响：Fitzpatrick量表评估显示肤色(2-4级)对偏差无显著影响，支持绿光PPG(520nm)的普适性。

【结论】
该研究创新性地证明：FC4在跑步等规律性运动中表现优异(MAPE仅1.2%)，但在涉及突然变向的运动中误差显著。虽然解决了肤色影响的争议，但未测量实际手臂加速度是其局限。这些发现为运动医学研究提供了设备选择标准——对于需要精确心率数据的科研或竞技训练，仍需谨慎使用腕戴PPG设备。

值得注意的是，研究者特别指出FC4表带材质易受汗水影响滑动，这可能是除算法外造成误差的重要因素。未来研究需结合惯性测量单元(IMU)数据，进一步解析运动特征与PPG信号质量的关系。该成果不仅为消费者提供了实用指南，更为穿戴设备制造商优化运动场景算法指明了方向。