与可穿戴设备配对以监控个人健康状况的应用程序

实时数据收集
在日常生活中，人们以多种方式从物理环境中受益。例如，积极的结果，如心理¹和心率恢复²已经被广泛发现。此外，^{还讨论了温度}和湿度等环境因素与心理健康之间的关系3^，4。研究还探索了生理和心理反应之间的联系，例如心率和压力⁵，⁶，^7，8。在控制良好的^{实验室研究中发现了}广泛的证据表明接触大自然对心理和生理的好处9，^10，这可能并不代表该领域的各种影响因素。因此，为了衡量实时人类反应之间的关系，现场研究被认为比实验室模拟更能反映现实生活中的场景体验和对环境的反应¹¹。此外，人类对环境的反应可能取决于背景¹²。鉴于了解人们心理生理健康与环境质量之间关系的重要性，迫切需要一种能够收集各种信息措施的实时自我跟踪测量。

生态瞬时评估（EMA）或经验抽样方法（ESM）可能代表现场研究的解决方案^13，14。EMA和ESM旨在评估人类在现实生活中的现场瞬时反应¹⁵。通过采用自我跟踪技术，可以重新测量响应、反应和现场体验¹⁴.通过文本或通知等信号 通知 参与者在所谓的信号条件抽样计划中实施评估¹⁵.术语“EMA”主要用于健康相关研究¹³，而“ESM”倾向于用于休闲和户外娱乐研究¹⁶。尽管如此，这些术语偶尔可以互换使用¹²。

Beute等人讨论了将EMA应用于环境研究的可能性¹²，他指出，它们将允许处理更多种类的环境，而不仅仅是“自然”或“城市”。例如，通过采用动态测量（例如通过GPS位置跟踪），步行过程中的生理反应可以与实时位置数据集相匹配，从而提供更丰富的环境类型和环境特征的空间分辨率⁷。此外，EMA允许的实时数据收集确保了高生态有效性，为实验室研究提供了互补的观点。

越来越多的现场实证研究采用可穿戴设备和智能手机来监测个人在日常生活中的健康状况和研究目的¹⁷，¹⁸，^19，20。与仅使用智能手机相比，采用这两种设备可能提供更多优势¹²。首先，使用智能手表的访问时间比使用手机²¹的访问时间短，这可能会减少中断负担。其次，手表比智能手机提供更大的身体贴合度²²，手机可以用作保存和上传数据的瞬时数据库。第三，如今的智能手表为不同的参数提供多个传感器，例如心率变异性、心电图 （ECG） 和血压 23、^24、25、^26、27。个人和人类反应的整体方面可以推断出某些活动¹².最后，智能手机通常放在口袋里进行基于智能手机的研究，当涉及到问卷时，与使用智能手表的情况相比，必须做额外的工作。

然而，很少有研究探讨心理和生理结果与环境信息之间的关系。因此，本研究展示了在智能手表和智能手机等可穿戴设备上采用非商业自主开发的应用程序HealthCloud，以收集实时心理，生理和环境信息。

自主研发的应用和可穿戴设备
用于可穿戴设备的应用程序由国立台湾大学健康景观与健康人实验室（HLHP-NTU）开发，旨在提供更方便和更灵活的方法来跟踪人类反应和环境数据，使研究人员能够进一步分析人类健康与环境信息之间的关系（图1）。

该应用程序基于iOS提供多种任务和被动数据收集功能。该应用程序在智能手表上收集自我报告的数据，例如通过Pop Quiz问题测量的心理量表项目，用户可以对他们的回答进行从一星到五星的评分，以便快速轻松地进行评估。这种类型的问题干预可以被认为是一种微交互-EMA（μEMA）-一种原位数据收集方法，与智能手表-EMA²⁸相比，需要较少的关注和更高的响应率。传感器监测的生理反应数据，包括心率、心率变异性和血氧饱和度水平，可以使用iOS的功能进行测量。心率是通过智能手表的光学心脏传感器使用一种称为光电容积脉搏波的技术测量的²⁹。该应用程序使用带有光敏光电二极管的绿色LED灯检测血流量，并计算每分钟的心跳。心率变异性 （HRV） 和血氧浓度 （SpO2） 可以使用应用程序进行检测。对于智能手机，诸如斯特鲁普测试（图2B）和图像捕获任务（图2C）以及环境声音任务（图2D）等任务，环境条件数据（包括相对湿度，天气和海拔高度）是从多个应用程序编程接口被动收集的。

图 1：应用程序概述。 该应用程序在智能手表、智能手机和数据库上的功能。 请点击此处查看此图的大图。

图 2：应用任务。 可在应用程序上使用的任务示例：从左到右，有 （A） 弹出式问题。（b） 斯特鲁普测试。 （c） 图像捕获任务。（d） 无害环境任务。 请点击此处查看此图的大图。

所有数据将上传到后端网站（访问合作研究人员，见材料表）。该网站提供几个主要功能：显示用户当前位置和心率的地图显示（图 3）、用于浏览和提取数据的数据表（图 4），以及用于修改任务频率、优先级和内容的任务配置（图 5）。凭借如此大的灵活性和广泛的测量范围，研究人员可以根据研究目标轻松选择先前所述的任务功能。此外，该应用程序可以使用户和研究人员受益。该应用程序根据他们回答的问题和他们选择的路线提供他们的健康报告和 GPS 位置轨迹（图 6）。因此，他们可以快速了解当天的健康状况，并继续跟踪他们的健康数据。

图 3：应用程序数据库上显示的地图。 应用程序数据库的地图显示为研究人员提供当前信息，包括位置和心率。 请点击此处查看此图的大图。

图 4：应用程序数据库上的数据表。 应用数据库中显示地图的数据报表，可通过筛选时间、字段或测试人员 ID 导出数据。 请点击此处查看此图的大图。

图 5：应用程序数据库上的任务配置。 可以修改调查表的任务优先级、时间间隔、语言和内容。 请点击此处查看此图的大图。

图 6：应用用户的运行状况报告。 使用该应用程序后，用户可以收到一组自动生成的单独结果。 请点击此处查看此图的大图。

代表性研究
为了展示在智能手机和智能手表上使用该应用程序收集数据的不同维度的整合，我们于 2020 年在台湾台北市的国立台湾大学校园进行了一项 原位 研究。该研究的参与者是在实验前1周通过在线表格在国立台湾大学的社交媒体粉丝页面上招募的。表格包括研究目的、过程、地点、参与条件、要佩戴的研究设备的示意图，以及供读者表明参与意愿和参与时间的空间。完成后，参与者在时间表前2天通过电子邮件通知参与者实验的确切时间和地点。由于研究考察了心理变化、生理、身体活动（行走）以及声音和颜色感知，参与者满足以下条件：（1）年龄在20-36岁之间，（2）身心健康，（3）不经常使用影响中枢神经系统的药物，（4）没有怀孕或哺乳，（5）没有心血管疾病史， （6）能步行30分钟以上，（7）能辨别颜色。

在实验当天，参与者获得了一套智能手机和智能手表，以及路线图。研究人员对研究目的、研究过程、可穿戴设备以及研究过程中的注意事项向参与者进行了统一的解释。在步行过程中，每5分钟使用一次Pop Quiz任务评估心理反应，并通过智能手表中的传感器每分钟测量一次生理反应，例如心率。实验结束后，参与者获得了200新台币等值礼品卡（~7美元）的补偿。

对于心理测量，这项研究考虑了景观偏好和感知恢复量表短版³⁰的两个方面，即“远离”和“迷恋”。这些方面是通过要求参与者对以下陈述进行评分来衡量的：“这是一个远离日常需求的地方，在那里我可以放松并思考我感兴趣的东西”和“那个地方令人着迷;它足够大，足以让我发现事物并对事物感到好奇“，从（1）”强烈不同意“到（5）”强烈同意“，以基于注意力恢复理论衡量个人对环境恢复因素的感知³¹.景观偏好使用五分李克特量表进行评估，只有一个问题：“无论出于何种原因，你有多喜欢这个环境？”从（1）“很少”到（5）“非常喜欢”。问卷使用“Pop Quiz”任务发送，时间间隔为5分钟，这意味着参与者每5分钟收到一次问卷。

对于生理测量，步行时的心率（HR）用于以1分钟的时间间隔表示参与者的生理结果。通过智能手机收集环境信息，包括GPS数据（纬度和经度），温度，相对湿度，风速和风度。