光電容積脈搏波描記法(PPG)測試足球運(yùn)動員賽時心率的準(zhǔn)確性研究

玉溪師范學(xué)院體育學(xué)院 汪 雄 陳玉林

華南師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院 張恒亮 王 壘 黃國虎 劉鴻優(yōu)

1 前言

光電容積脈搏波描記法（Photo Plethysmo Graphy，以下簡稱PPG）是通過光電手段在活體組織中檢測血液容積變化的一種無創(chuàng)檢測方法[1]。PPG可運(yùn)用于人體血液、心臟和呼吸相關(guān)參數(shù)的無創(chuàng)檢測，較為成功的臨床應(yīng)用為監(jiān)護(hù)儀中的血氧和脈率檢測[1]。由于PPG所具有的無創(chuàng)性、方便性、簡潔性、穩(wěn)定性等優(yōu)點，使其應(yīng)用價值不局限于醫(yī)院中的臨床檢測、監(jiān)護(hù)、急救體能測試，還可應(yīng)用于社區(qū)、家庭和學(xué)校的身體指標(biāo)和運(yùn)動量監(jiān)控，服務(wù)于大健康領(lǐng)域。時下興行的智能手環(huán)和臂環(huán)等裝備更是將PPG融入其中，運(yùn)用于監(jiān)控運(yùn)動中的人體實時心率，試檢驗，只有數(shù)據(jù)足夠準(zhǔn)確的前提下，才能充分發(fā)揮該方法在運(yùn)動與大健康領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用價值[2,3]。

2 研究方法

2.1 實驗測試

本研究選取內(nèi)置了PPG功能的“簡極-茵戰(zhàn)K1(GENGEE INSAIT K1)”智能足球運(yùn)動表現(xiàn)分析系統(tǒng)作為測試工具，借鑒前人類似研究的實驗設(shè)計方法[3]，通過測試模塊間的數(shù)據(jù)比對的方式對PPG測試運(yùn)動中人體心率的準(zhǔn)確性進(jìn)行了實驗測試。測試的運(yùn)動項目為參與人數(shù)較多、運(yùn)動形式較為復(fù)雜足球項目。測試對象為隨機(jī)選取的研究依托單位的20名大學(xué)生女子足球運(yùn)動員（年齡：20.3±1.9歲，身高163.76.5cm，體重55.4±5.8kg）。20名被試被分為4個隊伍，同時進(jìn)行兩場持續(xù)30分鐘的五人制足球比賽，每名被試輪流充當(dāng)6分鐘的守門員。每名被試同時佩戴兩個GENGEE INSAIT K1測試器模塊參賽。

2.2 數(shù)據(jù)分析

測試比賽完成后，每名被試身上的兩個測試模塊的數(shù)據(jù)都被導(dǎo)入到個人電腦中進(jìn)行處理，生成出賽時最大心率、賽時平均心率、90-100%最大心率比賽時間、80-89%最大心率比賽時圖科學(xué)合理地量化運(yùn)動負(fù)荷，降低運(yùn)動損傷風(fēng)險，提高體育鍛煉效果，甚至提升競技運(yùn)動表現(xiàn)。

表1 兩個不同PPG測試模塊采集的足球運(yùn)動員賽時心率相關(guān)指標(biāo)數(shù)值一覽表

盡管PPG采集心率數(shù)據(jù)時具有諸多優(yōu)勢，但是要將采集到的數(shù)據(jù)運(yùn)用于指導(dǎo)運(yùn)動鍛煉、競技運(yùn)動訓(xùn)練和相關(guān)科學(xué)研究，必須先對該方法跟蹤獲得的運(yùn)動中人體心率數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行間、70-79%最大心率比賽時間、60-69%最大心率比賽時間、<60%最大心率比賽時間7個測試指標(biāo)。通過對比兩個測試模塊生成的每名被試的每一項指標(biāo)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)化均值變化(Standardised Change in Mean，SCM)、標(biāo)準(zhǔn)化典型誤差(Standardised Typical Error，STE)和組間相關(guān)系數(shù)(Intra-class Correlation，ICC)來檢驗PPG測試足球運(yùn)動員賽時心率的準(zhǔn)確性。

3 研究結(jié)果與分析

表1展示了內(nèi)置PPG功能的“簡極-茵戰(zhàn)K1(GENGEE INSAIT K1)”智能足球運(yùn)動表現(xiàn)分析系統(tǒng)對20名足球運(yùn)動員進(jìn)行測試時，又不同測試模塊生成出的心率相關(guān)參數(shù)的具體數(shù)值。

前人的研究成果認(rèn)為，同一個測試系統(tǒng)由不同的人員操作或者同一個測試系統(tǒng)的不同模塊對同一個被試進(jìn)行測試時，生成的數(shù)據(jù)之間的標(biāo)準(zhǔn)化均值變化值處在-0.2到0.2之間，這證明測試誤差為微小無意義誤差；標(biāo)準(zhǔn)化典型誤差在0.6以下，測試誤差為可接受的小誤差；而組間相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.75以上，則證明該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性極高[3,4]。由表1可見，GENGEE INSAIT K1系統(tǒng)在采集足球運(yùn)動員賽時最大心率、賽時平均心率和各個心率段內(nèi)的比賽時間等7項心率相關(guān)參數(shù)時，模塊間輸出數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化均值變化值處于-0.13到0.13之間，標(biāo)準(zhǔn)化典型誤差處在0.15和0.53之間，而組間相關(guān)系數(shù)則介于0.80和0.98之間，證明該系統(tǒng)在測試足球運(yùn)動員的賽時心率時具備足夠的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

實驗研究結(jié)果顯示，將PPG融入智能臂環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，用于測試足球運(yùn)動員賽時心率相關(guān)參數(shù)時，具備足夠的準(zhǔn)確性，采集到的數(shù)據(jù)可以運(yùn)用于指導(dǎo)運(yùn)動鍛煉、競技運(yùn)動訓(xùn)練和相關(guān)科學(xué)研究等用途。