心率聯(lián)合加速度運動傳感器綜述①

宋攀　莊潔（上海體育學(xué)院運動科學(xué)學(xué)院　上海　200438）

心率聯(lián)合加速度運動傳感器綜述①

宋攀莊潔*
（上海體育學(xué)院運動科學(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)用于體力活動研究的客觀測量方法。然而傳統(tǒng)的加速度傳感器在一些活動模式測量中存在限制，復(fù)合型運動傳感器應(yīng)運而生。該文對心率聯(lián)合加速度傳感器Actiheart在體力活動測量方面的應(yīng)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(guān)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(xué)術(shù)新人培育計劃項目，項目編號：xsxr2013047。

準(zhǔn)確測量能量消耗是體力活動研究的關(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，加速度聯(lián)合心率預(yù)測體力活動能耗比單獨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和心電信號進行同步測量的復(fù)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(jié)束時，儀器通過篩除超過原始值±25%的數(shù)據(jù)，計算采樣段最后的16個R-R間期的切尾平均數(shù)；設(shè)備將心電信號轉(zhuǎn)化為每分鐘心率，并在每個周期的結(jié)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(shù)據(jù)；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(zhuǎn)化為活動能量消耗（Activity Energy Expenditure，AEE）；Actiheart采集的數(shù)據(jù)是通過一個插接基座和專用軟件進行下載并導(dǎo)出到Excel文件中，其中包括活動計數(shù)，能量消耗和心率等數(shù)據(jù)[1]。

2　Actiheart方法的優(yōu)點

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)合以提高測量體力活動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)合有效得將兩個指標(biāo)互補，提高了能耗預(yù)測精度[2]。雖然心率作為反映運動強度的指標(biāo)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(zhǔn)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(shù)將加速度和心率相結(jié)合可以顯著提高體力活動測量的準(zhǔn)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(shù)據(jù)的聯(lián)合運動傳感器，國外研究已通過雙標(biāo)水法和間接測熱法驗證[10，11]。國外學(xué)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(biāo)水法、間接測熱法、心率監(jiān)測法、計步器、加速度傳感器和復(fù)合型運動傳感器。體力活動問卷受回憶和認(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(yīng)滯后現(xiàn)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(yīng)用于大樣本人群的客觀測量方法，但在靜態(tài)性或身體部分靜態(tài)性的運動模式測量中有較大限制；而復(fù)合型運動傳感器Actiheart結(jié)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(zhǔn)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(shè)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(dǎo)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(yīng)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(dǎo)聯(lián)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(shè)備，按要求正確佩戴好設(shè)備，測試結(jié)束后取下設(shè)備，再通過自帶軟件將數(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(fā)現(xiàn)加速度聯(lián)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(lián)合心率預(yù)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(shè)備價格比較昂貴。另外，使用Actiheart進行實驗測試，電極片質(zhì)量直接影響測試的準(zhǔn)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(shè)備時受性別和季節(jié)的影響可能出現(xiàn)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(dǎo)致數(shù)據(jù)中斷。

4　展望

目前，國內(nèi)外用Actiheart預(yù)測體力活動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)者們對體力活動能耗研究的深入，對實

驗測量的要求越高，復(fù)合型運動傳感器將可能成為趨勢。

參考文獻

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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(biāo)識碼：A

文章編號：2095-2813（2015）02（c）-0231-02