心率聯(lián)合加速度運(yùn)動(dòng)傳感器綜述①

宋攀　莊潔（上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院　上海　200438）

心率聯(lián)合加速度運(yùn)動(dòng)傳感器綜述①

宋攀莊潔*
（上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院上海200438）

摘 要：加速度傳感器技術(shù)在體力活動(dòng)能量消耗研究中的日益成熟，使得加速度傳感器成為了目前廣泛應(yīng)用于體力活動(dòng)研究的客觀測(cè)量方法。然而傳統(tǒng)的加速度傳感器在一些活動(dòng)模式測(cè)量中存在限制，復(fù)合型運(yùn)動(dòng)傳感器應(yīng)運(yùn)而生。該文對(duì)心率聯(lián)合加速度傳感器Actiheart在體力活動(dòng)測(cè)量方面的應(yīng)用進(jìn)展做一綜述，為未來(lái)體力活動(dòng)測(cè)量方法的選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：體力活動(dòng)運(yùn)動(dòng)傳感器能量消耗心率加速度

①基金項(xiàng)目：上海市地方高校大文科研究生學(xué)術(shù)新人培育計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：xsxr2013047。

準(zhǔn)確測(cè)量能量消耗是體力活動(dòng)研究的關(guān)鍵，心率聯(lián)合加速度傳感器聯(lián)合了垂直軸加速度和心率指標(biāo)，大量研究證實(shí)，加速度聯(lián)合心率預(yù)測(cè)體力活動(dòng)能耗比單獨(dú)使用加速度或者心率更準(zhǔn)確有效。

1　原理

Actiheart（Mini Mitter，Respironics，Bend，OR）是一款整合了單軸加速度計(jì)和心電信號(hào)進(jìn)行同步測(cè)量的復(fù)合運(yùn)動(dòng)傳感器，心電信號(hào)的采樣頻率為128 Hz，在每個(gè)采樣周期結(jié)束時(shí)，儀器通過(guò)篩除超過(guò)原始值±25%的數(shù)據(jù)，計(jì)算采樣段最后的16個(gè)R-R間期的切尾平均數(shù)；設(shè)備將心電信號(hào)轉(zhuǎn)化為每分鐘心率，并在每個(gè)周期的結(jié)束時(shí)寫(xiě)入存儲(chǔ)卡中，Actiheart在不同采樣頻率和采樣模式下可以存儲(chǔ)10～21 d的數(shù)據(jù)；它可測(cè)量的心率范圍在31～250 BPM（Beat Per Minute），并可將采集的心率和活動(dòng)信息轉(zhuǎn)化為活動(dòng)能量消耗（Activity Energy Expenditure，AEE）；Actiheart采集的數(shù)據(jù)是通過(guò)一個(gè)插接基座和專(zhuān)用軟件進(jìn)行下載并導(dǎo)出到Excel文件中，其中包括活動(dòng)計(jì)數(shù)，能量消耗和心率等數(shù)據(jù)[1]。

2　Actiheart方法的優(yōu)點(diǎn)

2.1準(zhǔn)確度和精確度高

將加速度與其他生理參數(shù)，如心率、體溫結(jié)合以提高測(cè)量體力活動(dòng)的精度一直是人們關(guān)注的重要內(nèi)容，其中將加速度與心率聯(lián)合有效得將兩個(gè)指標(biāo)互補(bǔ)，提高了能耗預(yù)測(cè)精度[2]。雖然心率作為反映運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的指標(biāo)是不爭(zhēng)的事實(shí)，但由于心率容易受到情緒、溫度、濕度、疲勞程度等諸多因素影響，通過(guò)心率測(cè)量體力活動(dòng)準(zhǔn)確度和精確度十分有限[3-6]。大量研究證實(shí)，通過(guò)非線(xiàn)性模型技術(shù)將加速度和心率相結(jié)合可以顯著提高體力活動(dòng)測(cè)量的準(zhǔn)確性[7-9]。Actiheart是目前僅有的一款可同時(shí)測(cè)量加速度和心率數(shù)據(jù)的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)傳感器，國(guó)外研究已通過(guò)雙標(biāo)水法和間接測(cè)熱法驗(yàn)證[10，11]。國(guó)外學(xué)者的研究顯示，相比單獨(dú)使用心率或加速度，Actiheart顯著提高了測(cè)量體力活動(dòng)的精度[12，13]。

2.2試用范圍廣

目前，常用的體力活動(dòng)測(cè)量方法有體力活動(dòng)問(wèn)卷、雙標(biāo)水法、間接測(cè)熱法、心率監(jiān)測(cè)法、計(jì)步器、加速度傳感器和復(fù)合型運(yùn)動(dòng)傳感器。體力活動(dòng)問(wèn)卷受回憶和認(rèn)知能力影響，誤差較大；雙標(biāo)水法成本高，且無(wú)法測(cè)量特定活動(dòng)的能量消耗；間接測(cè)熱法適用于小樣該研究；心率雖能有效反映運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，但心率又易受情緒、體溫等因素的影響，且存在反應(yīng)滯后現(xiàn)象；計(jì)步器只局限于很少的運(yùn)動(dòng)模式；加速度傳感器是目前應(yīng)用于大樣本人群的客觀測(cè)量方法，但在靜態(tài)性或身體部分靜態(tài)性的運(yùn)動(dòng)模式測(cè)量中有較大限制；而復(fù)合型運(yùn)動(dòng)傳感器Actiheart結(jié)合垂直軸加速度和即時(shí)心率在某種程度上有效解決了這些問(wèn)題。

2.3對(duì)身體無(wú)任何影響

Actiheart通過(guò)連接基座和電極片連接，同步測(cè)量心電和垂直方向的運(yùn)動(dòng)，并能夠準(zhǔn)確和容易地計(jì)算非固定活動(dòng)的能量消耗。由于Actiheart是通過(guò)電極片與身體表面接觸記錄心率變化，設(shè)備小巧輕便，且測(cè)試過(guò)程簡(jiǎn)易方便，對(duì)身體無(wú)任何影響或損害。

2.4過(guò)程簡(jiǎn)單方便

Actiheart小巧便攜，重量不足10 g，長(zhǎng)188 mm，借助導(dǎo)線(xiàn)將一個(gè)主傳感器和一個(gè)輔傳感器相連，通過(guò)3M心電電極片固定在胸部的相應(yīng)測(cè)試部位，佩戴方便舒適，主傳感器通過(guò)電極片放置在V1（胸骨右緣第四肋間）和V2（胸骨左緣第四肋間）導(dǎo)聯(lián)之間的下部，輔傳感器通過(guò)另一電極片放在V4（左銷(xiāo)骨中線(xiàn)第五肋間）或V5（左腋前線(xiàn)第五肋間）的位置[1]。測(cè)試前再自帶軟件中輸入受試者個(gè)人信息初始化設(shè)備，按要求正確佩戴好設(shè)備，測(cè)試結(jié)束后取下設(shè)備，再通過(guò)自帶軟件將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel。

3　Actiheart方法的局限性

3.1誤差

Actiheart在預(yù)測(cè)一些較高和較低強(qiáng)度的活動(dòng)能耗時(shí)存在一定程度的誤差。Corder等人[14]對(duì)145名年齡在12.4±0.2歲的兒童進(jìn)行了六項(xiàng)活動(dòng)PAEE的比較研究，研究發(fā)現(xiàn)加速度聯(lián)合心率模型高估了低強(qiáng)度活動(dòng)（慢走）和久坐的運(yùn)動(dòng)能耗。朱琳[1]的研究表明加速度聯(lián)合心率預(yù)測(cè)模型低估了安靜、廣播操和跳繩的運(yùn)動(dòng)能耗，高估4 km/h的步行運(yùn)動(dòng)能耗。Brazeau[15]等人的研究再次證實(shí)了Actiheart在估算能耗時(shí)的可靠性，但會(huì)高估中低強(qiáng)度步行的能耗。

3.2費(fèi)用高

相對(duì)于目前其他的一些加速度計(jì)或運(yùn)動(dòng)傳感器，Actiheart設(shè)備價(jià)格比較昂貴。另外，使用Actiheart進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，電極片質(zhì)量直接影響測(cè)試的準(zhǔn)確性，因此，實(shí)驗(yàn)一般選取儀器指定3M電極片，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將大量消耗，3M電極片價(jià)格相對(duì)普通電極片價(jià)格較高。

3.3其他局限性

由于Actiheart是通過(guò)電極片直接附著于胸口皮膚上面，在佩戴設(shè)備時(shí)受性別和季節(jié)的影響可能出現(xiàn)不方便。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如果測(cè)試強(qiáng)度較大的活動(dòng)，身體在大量出汗的情況下，電極片受汗液影響，極有可能粘性下降，脫離皮膚，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中斷。

4　展望

目前，國(guó)內(nèi)外用Actiheart預(yù)測(cè)體力活動(dòng)能量消耗的研究日益增多，已有的研究已經(jīng)應(yīng)用到學(xué)齡前兒童、青少年、成年人、孕婦以及患有疾病的人群。隨著學(xué)者們對(duì)體力活動(dòng)能耗研究的深入，對(duì)實(shí)

驗(yàn)測(cè)量的要求越高，復(fù)合型運(yùn)動(dòng)傳感器將可能成為趨勢(shì)。

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通訊作者：莊潔（1971—），女，廣東陽(yáng)江人，博士，副教授，研究方向：運(yùn)動(dòng)與健康促進(jìn)。

作者簡(jiǎn)介：宋攀（1991—），男，浙江衢州人，在讀碩士，研究方向：運(yùn)動(dòng)與健康促進(jìn)。

中圖分類(lèi)號(hào)：G804.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-2813（2015）02（c）-0231-02