心率聯合加速度運動傳感器綜述①

宋攀　莊潔（上海體育學院運動科學學院　上?！?00438）

心率聯合加速度運動傳感器綜述①

宋攀莊潔*
（上海體育學院運動科學學院上海200438）

摘 要：加速度傳感器技術在體力活動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用于體力活動研究的客觀測量方法。然而傳統的加速度傳感器在一些活動模式測量中存在限制，復合型運動傳感器應運而生。該文對心率聯合加速度傳感器Actiheart在體力活動測量方面的應用進展做一綜述，為未來體力活動測量方法的選擇提供參考。

關鍵詞：體力活動運動傳感器能量消耗心率加速度

①基金項目：上海市地方高校大文科研究生學術新人培育計劃項目，項目編號：xsxr2013047。

準確測量能量消耗是體力活動研究的關鍵，心率聯合加速度傳感器聯合了垂直軸加速度和心率指標，大量研究證實，加速度聯合心率預測體力活動能耗比單獨使用加速度或者心率更準確有效。

1　原理

Actiheart（Mini Mitter，Respironics，Bend，OR）是一款整合了單軸加速度計和心電信號進行同步測量的復合運動傳感器，心電信號的采樣頻率為128 Hz，在每個采樣周期結束時，儀器通過篩除超過原始值±25%的數據，計算采樣段最后的16個R-R間期的切尾平均數；設備將心電信號轉化為每分鐘心率，并在每個周期的結束時寫入存儲卡中，Actiheart在不同采樣頻率和采樣模式下可以存儲10～21 d的數據；它可測量的心率范圍在31～250 BPM（Beat Per Minute），并可將采集的心率和活動信息轉化為活動能量消耗（Activity Energy Expenditure，AEE）；Actiheart采集的數據是通過一個插接基座和專用軟件進行下載并導出到Excel文件中，其中包括活動計數，能量消耗和心率等數據[1]。

2　Actiheart方法的優點

2.1準確度和精確度高

將加速度與其他生理參數，如心率、體溫結合以提高測量體力活動的精度一直是人們關注的重要內容，其中將加速度與心率聯合有效得將兩個指標互補，提高了能耗預測精度[2]。雖然心率作為反映運動強度的指標是不爭的事實，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，通過心率測量體力活動準確度和精確度十分有限[3-6]。大量研究證實，通過非線性模型技術將加速度和心率相結合可以顯著提高體力活動測量的準確性[7-9]。Actiheart是目前僅有的一款可同時測量加速度和心率數據的聯合運動傳感器，國外研究已通過雙標水法和間接測熱法驗證[10，11]。國外學者的研究顯示，相比單獨使用心率或加速度，Actiheart顯著提高了測量體力活動的精度[12，13]。

2.2試用范圍廣

目前，常用的體力活動測量方法有體力活動問卷、雙標水法、間接測熱法、心率監測法、計步器、加速度傳感器和復合型運動傳感器。體力活動問卷受回憶和認知能力影響，誤差較大；雙標水法成本高，且無法測量特定活動的能量消耗；間接測熱法適用于小樣該研究；心率雖能有效反映運動強度，但心率又易受情緒、體溫等因素的影響，且存在反應滯后現象；計步器只局限于很少的運動模式；加速度傳感器是目前應用于大樣本人群的客觀測量方法，但在靜態性或身體部分靜態性的運動模式測量中有較大限制；而復合型運動傳感器Actiheart結合垂直軸加速度和即時心率在某種程度上有效解決了這些問題。

2.3對身體無任何影響

Actiheart通過連接基座和電極片連接，同步測量心電和垂直方向的運動，并能夠準確和容易地計算非固定活動的能量消耗。由于Actiheart是通過電極片與身體表面接觸記錄心率變化，設備小巧輕便，且測試過程簡易方便，對身體無任何影響或損害。

2.4過程簡單方便

Actiheart小巧便攜，重量不足10 g，長188 mm，借助導線將一個主傳感器和一個輔傳感器相連，通過3M心電電極片固定在胸部的相應測試部位，佩戴方便舒適，主傳感器通過電極片放置在V1（胸骨右緣第四肋間）和V2（胸骨左緣第四肋間）導聯之間的下部，輔傳感器通過另一電極片放在V4（左銷骨中線第五肋間）或V5（左腋前線第五肋間）的位置[1]。測試前再自帶軟件中輸入受試者個人信息初始化設備，按要求正確佩戴好設備，測試結束后取下設備，再通過自帶軟件將數據導入Excel。

3　Actiheart方法的局限性

3.1誤差

Actiheart在預測一些較高和較低強度的活動能耗時存在一定程度的誤差。Corder等人[14]對145名年齡在12.4±0.2歲的兒童進行了六項活動PAEE的比較研究，研究發現加速度聯合心率模型高估了低強度活動（慢走）和久坐的運動能耗。朱琳[1]的研究表明加速度聯合心率預測模型低估了安靜、廣播操和跳繩的運動能耗，高估4 km/h的步行運動能耗。Brazeau[15]等人的研究再次證實了Actiheart在估算能耗時的可靠性，但會高估中低強度步行的能耗。

3.2費用高

相對于目前其他的一些加速度計或運動傳感器，Actiheart設備價格比較昂貴。另外，使用Actiheart進行實驗測試，電極片質量直接影響測試的準確性，因此，實驗一般選取儀器指定3M電極片，實驗過程中將大量消耗，3M電極片價格相對普通電極片價格較高。

3.3其他局限性

由于Actiheart是通過電極片直接附著于胸口皮膚上面，在佩戴設備時受性別和季節的影響可能出現不方便。在實驗過程中，如果測試強度較大的活動，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，導致數據中斷。

4　展望

目前，國內外用Actiheart預測體力活動能量消耗的研究日益增多，已有的研究已經應用到學齡前兒童、青少年、成年人、孕婦以及患有疾病的人群。隨著學者們對體力活動能耗研究的深入，對實

驗測量的要求越高，復合型運動傳感器將可能成為趨勢。

參考文獻

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[2]戴劍松，孫飆，沈洪兵.加速度傳感器測量體力活動的應用綜述［J］.中國運動醫學雜志，2009，28（6）：720-727.

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通訊作者：莊潔（1971—），女，廣東陽江人，博士，副教授，研究方向：運動與健康促進。

作者簡介：宋攀（1991—），男，浙江衢州人，在讀碩士，研究方向：運動與健康促進。

中圖分類號：G804.6

文獻標識碼：A

文章編號：2095-2813（2015）02（c）-0231-02