王 貝，趙德峰，趙海燕，侯 彬，陳貞祥，葉晶龍，王 晨，任 雪

近年來， 可穿戴式加速度計已被證明可成功識別身體活動狀態(tài)并可能為目前最為成熟的技術[1]，主要原理在于加速度計可以通過測量人體三軸線性活動的加速度來得到身體活動狀況， 并通過測量相對地心引力的定位來估測身體姿勢。 雖然多個加速度計系統(tǒng)已被驗證可高度精準地識別身體活動并可大體估算能量消耗， 但是佩戴多個加速度計對于使用者來說負擔較重且過于繁雜， 市場上常見的識別身體運動的監(jiān)測裝置往往限定為單個的加速度計。佩帶在身上的單個加速度計雖然沒有多個加速度計系統(tǒng)精準， 但是方便攜帶且測量結果也在可接受范圍內， 然而， 仍然有許多使用者感覺佩戴位置不舒適，因此存在有限的使用實用性。

大量研究發(fā)現(xiàn)識別身體運動的監(jiān)測系統(tǒng)的有效性與佩戴部位緊密相關（如胸部、腹部、髖部、大腿和腳踝）， 某些部位的佩戴更適合于測量特定活動[2]。隨著手腕佩戴式健身追蹤器和智能手機的普及，手腕佩戴裝置和智能手表近年來正日益流行， 使用者無須過多指導就可使用。然而，要研發(fā)一款可成功識別人體大多數(shù)日常活動的、 可佩戴在手腕上的監(jiān)測裝置仍存在很大挑戰(zhàn)性， 因為手腕處通常是身體活動最頻繁的部分，跟身體其他部位（如軀干）相比存在更多不規(guī)則活動。 近期有研究顯示手腕部位攜帶的監(jiān)測器對于身體活動的識別存在較大誤差[2]。 另有研究顯示監(jiān)測器佩帶在左手手腕比慣用的右手手腕更能有效識別身體活動， 并且也優(yōu)于佩戴于手肘和胸部，但是要次于佩戴在腳踝、膝關節(jié)和腰部的識別效果[3]。Trost 等[2]和Ellis 等[4]研究發(fā)現(xiàn)髖部佩戴監(jiān)控器的有效性略優(yōu)于手腕處佩戴的模式。 另有研究顯示在檢測靜態(tài)行為時， 佩帶在髖部的監(jiān)測器的有效性明顯高于佩帶在手腕處[5]。Manini 等[6]的研究顯示佩帶在腳踝處的監(jiān)測器可達到95%的精確度，而手腕處佩戴的儀器精確度為84.7%。 另有研究顯示監(jiān)測器佩戴在大腿和腳踝部的有效性相近， 分別為82%和83%，遠遠高于佩帶在胸部的有效性（67%）。綜合以上研究結果，佩戴在腰部以下（如腳踝、大腿、髖部和腰部）的三軸加速度監(jiān)測器有效性最高，其次是手腕處佩戴，而胸部佩戴有效性最低。

美國研發(fā)的Sensewear Armband（SWA）是一種結合了生理和機械測量的新一代便攜式三軸加速度能量消耗測試儀。 研究報導SWA 比單純的心率和加速度法能更精確地測量人體活動的能量消耗[7]。SWA 主要佩帶于左手上臂外側，通過三軸加速度感應器，并結合其他3 種感應器（皮膚溫度、膚電反應和熱傳導），可全天檢測佩戴者的能量消耗、運動時間和步數(shù)。 研究證明SWA 可以較可靠地測量普通人靜止和低中強度運動中的能量消耗[8]。 筆者團隊曾檢測SWA 應用于職業(yè)足球運動員在跑步機以不同速度奔跑時能量消耗測量的有效性[9]。 結果顯示SWA 在檢測低于9 MET 和高于11 MET 能量代謝當量強度的運動時消耗的熱量誤差漸增， 但在測量9~11 MET 代謝當量區(qū)間或70%VO2max左右的運動強度時的熱量消耗最為精確， 此強度正與女足比賽中的強度相一致。 但在室外場地上進行各指標監(jiān)測的有效性目前尚無研究涉及，且在實際應用中，室外場地中的身體接觸擠壓有可能碰撞到手臂上佩戴的儀器，影響到運動員的動作發(fā)揮和儀器的正常運作。

近期國內市場首次出現(xiàn)了一款智能鞋墊， 據(jù)稱可通過內置的三軸加速度感應裝置精確測定身體運動狀態(tài)并估算能量消耗。 然而目前并無國內外研究比較過置于腳底的三軸加速度計的有效性。 根據(jù)國外前期的研究結果， 腳踝和腰部佩戴監(jiān)測器的有效性要高于其他部位，包括手腕和胸部[11]。因此內置于鞋墊的三軸加速度計可能會如同佩戴在相近的腳踝部位具有較高的有效性， 而鞋墊的設置更有利于運動員的接納和長時間使用。 如果證實這種內置于鞋墊的三軸加速度計能有效監(jiān)測身體運動并估測能量消耗， 鞋墊的方便實用性會更有利于運動員在日常訓練實時監(jiān)測活動情況和能量消耗。因此，本研究欲在這一領域進行科學驗證， 使用鞋墊內的三軸加速度計與佩戴在身體其他不同部位 （髖部、 腳踝和手臂）的加速度計同時進行運動監(jiān)控，檢測內置于鞋墊的三軸加速度計提供的能量消耗和其他運動參數(shù)的準確性， 為以跑動為主的運動員提供一種方便長時間穿戴但不影響其活動， 且能較準確提供運動數(shù)據(jù)和能量消耗的監(jiān)測設備。

1 研究對象和方法

1.1 研究對象

受試者全部來自上海職業(yè)女子足球隊，20 名運動員分別進行室內運動測試和11 名進行室外球場測試，基本信息見表1。

表1 研究對象基本情況（±SD）Table1 Characteristics of study population (±SD)

表1 研究對象基本情況（±SD）Table1 Characteristics of study population (±SD)

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所有受試者的身高均由同一實驗人員使用身高測量標尺統(tǒng)一進行2 次光腳測量，取平均數(shù)，空腹狀態(tài)下使用Inbody720（Biospace Co. Ltd.，韓國）測量體重并計算身體質量指數(shù)（BMI），所有測量精確到0.1。

1.2 研究方法

將內置三軸加速度計的智能鞋墊同佩戴于其他身體不同位置的Actigraph GT3X+ （LLC，USA）（右髖和左右腳踝）和SWA（左手上臂）進行在不同運動狀態(tài)下（走路、慢跑、快跑、登山跑、室外模擬足球比賽）感應身體運動多個指標變化的有效性比較。以便攜式心肺功能測試儀（Cosmed K4b2，意大利）所測數(shù)據(jù)（IC）為參考標準，比較智能鞋墊在室內不同運動狀態(tài)下測量的熱量消耗率的準確性。SWA 作為目前文獻中推薦較為精確的穿戴式能量消耗測試儀[7]，將使用其作為智能鞋墊測試場地訓練能量消耗的標準對照。所使用SWA 的型號為MF-SW，軟件版本為8.1。

空腹和無體育運動至少2 h 后， 受試運動員直立靜止休息5 min，使用Polar 心率表（RS400，芬蘭）測得最低心率記錄為安靜直立心率并全程監(jiān)控受試者的心率。 隨后，受試運動員分別依次在橢圓機上以9.6 km/h 的速度運動（Climbing）、在跑步機上以3.2 km/h 的速度快走 （Walking） 或以4 種不同速度跑步 （Running1-4，6.4 km/h，9.6 km/h，11.2 km/h，12.8 km/h）10 min。 每完成1 次10 min 的運動，運動員被要求充分放松休息直至心率恢復到安靜直立心率±10 次/ 分鐘范圍內。運動時，受試者全程攜帶IC，測試每次不同運動強度的熱量消耗率， 測試前氧氣和二氧化碳分析儀以及氣流渦輪均根據(jù)廠家說明書進行校準，詳細過程見Crouter 等[10]。 同時在右髖處（GWaist）和 左 右 腳 踝 處（GAnkleL，GAnkleR）佩 戴GT3X+ 測量三維加速度 （VA） 和步數(shù)， 左臂佩戴SWA 測量步數(shù)、速度和熱量消耗（CAL）。 受試者所穿運動鞋內放置智能鞋墊（PadR，PadL）測量VA、步數(shù)、速度和CAL，所測速度和CAL 由鞋墊配套軟件自帶的室內模式算法所得。

除了在跑步機上Running4 階段以12.8 km/h 速度運動時，因每個受試者可持續(xù)時間長短不一，其他運動階段均取中間穩(wěn)定狀態(tài)8 min 時間的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計比較。VA 的平方和開方得到向量的模（VM）用于不同設備間所測加速度的比較，即，其中ax、ay、az 為三軸加速度。

在室外球場訓練中，選擇至少20 min 連續(xù)對抗時間模擬比賽狀態(tài)進行測試，由于運動環(huán)境限制，身體碰撞經常發(fā)生， 所測運動員僅在右髖處（GWaist）佩戴GT3X+ 測量VA 和步數(shù)， 左臂佩戴SWA 測量步數(shù)、 距離和CAL， 所穿運動鞋內放置智能鞋墊（PadR，PadL）測量VA、步數(shù)、距離和CAL。 PadR 和PadL 在室外環(huán)境采用室外模式利用GPS 計算活動距離和CAL。

1.3 統(tǒng)計方法

智能鞋墊所測VA、 步數(shù)和CAL 與GTX3+ 和IC 所測數(shù)據(jù)進行比較時，均使用每10 s 間歇收集的數(shù)據(jù)。 智能鞋墊所測步數(shù)、 速度、 距離和CAL 與SWA 所測數(shù)據(jù)進行比較時，均使用每個受試者不同狀態(tài)連續(xù)運動時間內所得總數(shù)據(jù)。 所有數(shù)據(jù)采用SPSS25.0 進行分析。 連續(xù)變量符合正態(tài)分布的用±SD 表示；2 種以上不同儀器所測數(shù)據(jù)間的比較采用雙因素重復測試方差分析 （two-factor repeated measures ANOVA）。 2 種儀器所測數(shù)據(jù)間的比較采用配對T 檢驗。 所有統(tǒng)計方法顯著性水平均選取雙側0.001。

2 研究結果

2.1 室內測試結果

2.1.1 三維加速度測量比較結果

由于在水平步行或跑步運動中，垂直和前進2個加速度會呈現(xiàn)周期性變化，在收腳時，重心向上單只腳觸地，垂直方向加速度是呈正向增加的趨勢，之后繼續(xù)向前，重心下移兩腳觸地，加速度相反；而水平加速度在收腳時減小， 在邁步時增加。 當在球場上時，運動員不時需要側邊快速移動，矢狀軸加速度變化情況同于水平加速度。 由于不同部位佩戴的GT3X+ 和智能鞋墊內置的三軸加速度計的加速度方向較難達成一致， 同時3 個加速度計算所得的VM 是用于識別身體運動和預測摔倒狀態(tài)的主要指標， 故本研究采用VM 進行不同三軸加速度測試儀器數(shù)據(jù)間的比較。

在室內橢圓機和跑步機測試中，使用GT3X+ 和智能鞋墊所測三維加速度間的相關性分析以VM 進行統(tǒng)計分析結果顯示， 所有受試者2 種設備所得VM 數(shù)據(jù)間均呈顯著高度相關（r=0.729~0.997）。 然而，在所有運動方式測試中，PadR 和PadL 的VM 顯著高于GT3X+，同時GAnkleR 和GAnkleL 的VM 顯著高于GWaist（表2）。 隨著運動方式由登山轉化為快走到速度漸增的跑步，PadR 和PadL 逐步增加，其增加程度明顯高于髖部和腳踝處GT3X+ 的VM。 因此，PadR 和PadL 的VM 與GT3X+ 的差異性也隨著運動方式的改變和速度的提高而逐步增大。

表2 使用GT3X+ 和智能鞋墊在室內不同運動階段所測三維加速度計算所得VM（±SD）Table2 VM calculated from 3-axial acceleration measured by GT3X+ and Pads during different indoor exercise trials(±SD)

表2 使用GT3X+ 和智能鞋墊在室內不同運動階段所測三維加速度計算所得VM（±SD）Table2 VM calculated from 3-axial acceleration measured by GT3X+ and Pads during different indoor exercise trials(±SD)

注：* 表示與PadR 和PadL 所測值間存在顯著差異，P＜0.001；# 表示與GWaist 所測值間存在顯著差異，P＜0.001。

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2.1.2 步數(shù)測量比較結果

在使用GT3X+ 和智能鞋墊所測步數(shù)的比較分析 中，Climbing 和Running2-4 階 段，PadR+L、GWaist和GAnkleR+L 間高度相關并無顯著性差異 （表3）。Running1 階 段，PadR+L 和GWaist間無顯著不同，但兩者均與GAnkleR+L 差異大于10%并呈現(xiàn)顯著性差異。 如果將Running1 階段GAnkleR+L 所測的步數(shù)以30 步/10 秒的速度為界分別進行分析，當GAnkelR+L所測的步數(shù)≤30 步/10 秒時（Running1◆），PadR+L、GWaist 和GAnkleR+L 間無顯著差異性； 但當GAnkelR+L 所測的步數(shù)＞30 步/10 秒時（Running1◆◆），與Walking 階段結果相一致，PadR+L 和GWaist 間無顯著不同， 但兩者均與GAnkleR+L 差異＞10%并呈現(xiàn)顯著性差異，GAnkleR+L 的值約為PadR+L 和GWaist 所測值的2 倍。 當將智能鞋墊與SWA 所測步數(shù)進行比較時，除了在Walking 階段，兩者所測步數(shù)差異大于10%并呈現(xiàn)顯著性差異， 其他運動階段均無顯著差異。

表3 使用GT3X+、智能鞋墊和SWA 在室內不同運動階段所測步數(shù)（±SD）Table3 Steps measured by GT3X+, Pads and SWA during different indoor exercise trials(±SD)

表3 使用GT3X+、智能鞋墊和SWA 在室內不同運動階段所測步數(shù)（±SD）Table3 Steps measured by GT3X+, Pads and SWA during different indoor exercise trials(±SD)

注：* 表示與PadR 和PadLL 所測值間存在顯著差異，P＜0.001；# 表示與GWaist 所測值間存在顯著差異，P＜0.001；Running1◆為步數(shù)≤30 步/10 秒；Running1◆◆為步數(shù)＞30 步/10 秒。

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2.1.3 速度測量的比較結果

與橢圓機或跑步機自身設定的速度相比，SWA所測速度在Climbing、Walking 和Running1 階段顯著不同，而Running2-4 階段無顯著差異性；智能鞋墊所測速度除Running2 階段差異性＜10%， 其他階段均存在顯著差異（表4）。

表4 使用智能鞋墊和SWA 在室內不同設定速度運動階段所測速度（±SD）Table4 Speeds measured by Pads and SWA during different indoor exercise trials(±SD)

注：* 表示與設定速度間存在顯著差異，P＜0.001。

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2.1.4 CAL 測量比較結果

CAL 測定使用IC 作為標準對照。分析結果顯示PadR+L 所測CAL 與IC 高度相關（表5），但顯著高估了Walking 階段和低估了Climbing 以及4 個不同速度Running 階段的CAL（P＜0.001）。 在Running1階段，PadR+L 和IC 測量值間的差異＜10%。 SWA顯著低估了Climbing 和Running3-4 階段的總能量消耗值， 但是在Walking 和Running1-2 階 段，SWA 與IC 所測總值間無顯著不同， 差異均在10%以內。PadR+L 和SWA 兩者進行比較，PadR+L 顯著高估了Walking 階段的總能量消耗值和低估了其他5 個階段的總能量消耗值 （P＜0.001）。 在Running1 階段，PadR+L 和SWA 測量值間的差異小于10%。

表5 使用PadR+L、IC 和SWA 在室內不同運動階段所測CAL（±SD）Table5 CAL measured by Pads, IC and SWA during different indoor exercise trials (±SD)

表5 使用PadR+L、IC 和SWA 在室內不同運動階段所測CAL（±SD）Table5 CAL measured by Pads, IC and SWA during different indoor exercise trials (±SD)

注：* 表示與IC 所測對應值間存在顯著差異，P＜0.001；# 表示與SWA 所測對應值間存在顯著差異，P＜0.001。

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2.2 室外球場訓練結果

由于足球運動中身體碰撞較頻繁， 腳踝處不便佩戴儀器， 因此只在右髖處佩戴了GT3X+（GWaist）。使用GWaist、PadR 和PadL 所測三維加速度計算所得的VM 數(shù)據(jù)間顯著相關 （P＜0.001），但PadR 和PadL 顯著高于GWaist（P＜0.001）。 這與室內運動測試結果相一致。 在使用GWaist、SWA 和PadR+L 所測步數(shù)中，三者間顯著相關（P＜0.001），但PadR+L 所測每10 s 步數(shù)顯著高于GWaist， 所測總步數(shù)顯著高于SWA，而GWaist 和SWA 間無顯著差異。 室外場地測試中，智能鞋墊采用室外GPS 模式，PadR+L 測得的運動總距離和熱量總消耗與SWA 所測值間無顯著性差異（P=0.972）。

3 分析與討論

大量研究發(fā)現(xiàn)使用單加速度計識別身體運動的有效性與佩戴部位緊密相關。 Trost 等[2]研究發(fā)現(xiàn)髖部佩戴GT3X+ 的有效性略優(yōu)于手腕處佩戴的模式，精確度分別為91%和88%。 Ellis 等[4]也發(fā)現(xiàn)髖部和手腕部佩戴GT3X+ 的數(shù)據(jù)精確度分別為92%和88%。Manini 等[6]的研究顯示佩帶在腳踝處的三軸加速度計Wocker 的精確度達到95%的， 而手腕處佩戴的Wocker 精確度為84.7%。 Manini 等[12]在測試Wocker識別兒童身體運動的精確度時發(fā)現(xiàn)，佩戴在腳踝處的精確度為92.4%，佩戴在手腕處為91%。 以上研究結果綜合顯示手腕處佩戴監(jiān)測器的有效性低于腳踝和髖部，而腳踝略高于髖部，但這些研究都是測試加速度計識別靜態(tài)或低強度運動狀態(tài)下的身體運動[5,12-14]。本研究結果中， 隨著跑步速度的顯著增加，GAnkleR+L 的VM也顯著增加，GWaist增加緩慢，而PadR+L 增加的幅度明顯大于GAnkleR+L，推測在中高強度運動狀態(tài)下（＞8 km/h），內置三軸加速度計的鞋墊可能比佩戴在其他部位的加速度計對于身體移動更加敏感。 但由于沒有其他標準測量儀器數(shù)據(jù)作為參照， 不能確定智能鞋墊測量三軸加速度的敏感度和有效性高于還是低于GAnkleR+L， 因此還需進一步測定比較智能鞋墊和GT3X+ 識別不同身體運動的精確度和有效性。

研究發(fā)現(xiàn)腰間佩戴GT3X+ 測定受試者在跑步機上以不同速度（8~16 km/h）慢跑或快跑時的步數(shù)精確度很高，絕對錯誤百分比≤1%[5]。 Tudor-Locke 等[13]也報道胯部佩戴GT3X+ 可較準確測量0.84~11.28 km/h速度運動的步數(shù)。 而Feito 等[14]和Lee 等[15]發(fā)現(xiàn)在低速行走時GT3X+ 測量步數(shù)的準確率較低，當速度逐步增加時準確率也增加。 但目前尚未找到國內外對腳踝處佩戴GT3X+ 測量步數(shù)有效性進行評估的相關文獻。 本研究發(fā)現(xiàn)Running2-4 階段，PadR+L、GWaist 和GAnkleR+L 間高度相關并無顯著性差異，這些是GT3X+ 佩戴在胯部時測量步數(shù)準確率較高的運動速度， 因此智能鞋墊在這些速度范圍也能較準確地測量步數(shù)。而在Walking 和Running1 階段，佩戴在胯部的GT3X+ 測量步數(shù)的有效性可能較低，本研究結果也顯示在這2 個階段當GAnkelR+L 所測的步數(shù)＞30 步/10 秒時，PadR+L 和GWaist 間無顯著不同，但兩者均與GAnkleR+L 差異＞10%，并呈現(xiàn)顯著性差異，GAnkleR+L 約為PadR+L 或GWaist 所測值的兩倍；而當GAnkelR+L 所測的步數(shù)≤30 步/10 秒時，PadR+L、GWaist 和GAnkleR+L 間 無 顯 著 性 差異。原因可能在于當步數(shù)＞30 步/10 秒時，在同樣速度下，受試者步數(shù)≤30 步/10 秒時的步伐，轉胯幅度不明顯，從而影響了GWaist 和GAnkles 測量步數(shù)的一致性。因此不同研究中對于GT3X+ 佩戴在胯部測量低速運動時步數(shù)有效性的評估結果不一樣， 可能在于實驗方法上的不一致， 包括自我選擇的慢跑或走路速度與步伐大小。 但智能鞋墊測量步數(shù)的有效性跟GWaist 更接近，而不是GAnkleR+L，具體原因尚不清楚，需要進一步確認和解釋。

有研究評估了SWA 測量步行運動時步數(shù)的有效性，Storm 等[16]和Lee 等[17]研究結果顯示SWA 會顯著低估步行時的步數(shù)，這與本研究結果一致。數(shù)據(jù)顯示Walking 運動階段，SWA 測量的步數(shù)顯著低于PadR+L，而PadR+L 顯著低于有效性比較高的GAnkleR+L，所以在這個運動狀態(tài)下，測量步數(shù)的有效性從高到低的順序為：GAnkleR+L＞GWaist/PadR+L＞SWA。 但目前國內外幾乎沒有關于評估SWA 在跑步階段測量步數(shù)有效性的文獻數(shù)據(jù)。研究數(shù)據(jù)顯示，除了Walking 階段，SWA 和PadR+L 在其他運動階段測定的步數(shù)無顯著差異， 間接顯示SWA 在Running1 階段測定的步數(shù)顯著小于GAnkleR+L，但能較準確測量Running2-4 階段的步數(shù)。

目前國內外尚無關于評估SWA 測量速度有效性的文獻數(shù)據(jù)， 因此本研究結果首次驗證了SWA可有效測量高強度跑步運動時（速度≥9.6 km/h）的速度，但不適用于慢速跑、步行和爬山運動時的速度測量。 而智能鞋墊只可有效測量中等強度時的速度（9.6 km/h）。在Climbing 階段，PadR+L、SWA、GWaist和GAnkleR+L 所測的步數(shù)間均無顯著性差異，顯示這幾種測定方式都適用于測定Climbing 的步數(shù)。

本研究關于SWA 測量CAL 準確性的結果跟之前的研究結果基本一致[9]。 在之前的研究中，筆者團隊檢測了SWA 應用于9 名職業(yè)女足運動員在跑步機上以不同強度奔跑時CAL 測量的有效性。結果顯示每個受試者的SWA 和IC 的每分鐘數(shù)據(jù)顯著相關。 在70%VO2max（相對應的平均速度為9.31 km/h，代謝當量為10 MET） 強度運動時，SWA 和IC 的每分鐘數(shù)據(jù)無顯著性差異， 相當于本研究中的Running2。 而在79%VO2max和87%VO2max時（相對應的平均速度分別為11.76 km/ 和12.18 km/h，代謝當量分別為11.5 MET 和13 MET），SWA 顯著低估了CAL，相當于本研究中Running3-4。 SWA 在10 MET 代謝當量附近監(jiān)測CAL 最為準確，而此強度也是職業(yè)女足比賽時的常見強度。 因此，認為SWA 可有效應用于女足運動員在比賽中的CAL 測定。這也是本研究選擇SWA 作為場地足球訓練中能量代謝測量參照儀器的原因之一。 除此之外，Lee 等[7]比較了8 種市面上可售的能量消耗測試儀， 包括BodyMedia FIT armband、加速度計Actigraph、DirectLife、the Fitbit One、the Fitbit Zip、the Jawbone Up、Nike Fuel Band 和Basis B1 Band， 其 中 的BodyMedia FIT armband 是 與SWA 同系列熱量消耗測試儀的基礎型號。 研究顯示使用這8 種測試儀測量多種不同類型運動中的CAL 時，包括久坐、不同速度行走、跑步機上慢跑和中到高強度的各種運動（上下階梯、健身車、橢圓機、Wii 網球練習和籃球），BodyMedia FIT armband 的誤差評定為9.3%，是8 種儀器中誤差最小的。 而專業(yè)版SWA 的精確性比基礎版更高， 因此更加具有可靠性。

跟之前研究不同的是， 本研究結果顯示在Walking 和Running1 階段SWA 與IC 所測值間無顯著 不 同，Walking 階 段 速 度 為3.2 km/h，Running1 階段速度為6.4 km/h。 但之前研究結果顯示在56%VO2max（相對應的平均速度為8.44 km/h，代謝當量為8.2 MET）時，SWA 顯著高估了13.89%的CAL，并且與Fruin 等[18]的發(fā)現(xiàn)相一致。 他們曾提出SWA 在跑步機上測量快步行走（速度為4.8 km/h 和6.4 km/h）的CAL 時顯著高估了13%~27%。 King 等[19]發(fā)現(xiàn)SWA不僅高估在跑步機上行走時（速度為3.2 km/h、4.8 km/h和6.4 km/h）的CAL，而且還會高估奔跑速度分別為8.0 km/h 和9.7 km/h 時的CAL。 不同的數(shù)據(jù)分析結果可能是由于實驗所使用的SWA 內置的專業(yè)研究軟件版本不同而造成的。 Fruin 和King 等的研究中SWA 所使用的軟件版本為5.1 或更早，SWA 顯著高估快步行走或跑步時的CAL。 而Drenowatz 等[20]使用6.1 版本的軟件發(fā)現(xiàn)SWA 顯著低估了代謝當量＞10 MET 時的CAL。 筆者團隊之前的研究曾使用6.1 版本， 發(fā)現(xiàn)SWA 顯著高估慢跑時的CAL 但低估快速跑時的CAL。 而本研究使用的是最新的8.1 版本， 結果顯示在低強度運動階段SWA 與IC所測值間無顯著不同， 因此SWA 測量CAL 的有效區(qū)間進一步增加， 也進一步提高了使用SWA 測量足球訓練比賽中的能量消耗的有效性和作為參考對照值的可靠性，

本研究使用PadR+L 測量CAL 所得的數(shù)據(jù)和IC 或者SWA 相比結果趨勢一致，PadR+L 顯著高估了Walking 階段的能量消耗率和低估了其他5 個階段的能量代謝率。 但在Running1 階段，PadR+L 和IC或SWA 測量值間的差異小于10%。 說明此智能鞋墊可以有效用于測量較低速度（6.4 km/h）跑步時的CAL。

尚缺乏國內外對于評估Actigraph 和Armband在足球運動場上應用有效性的文獻， 目前無法確定此智能鞋墊是否比Actigraph 或Armband 更能有效進行場外測試。 但考慮到在實際足球動作中腳部的動作變化頻繁， 髖部和上肢的動作并非總是與腳部同步一致， 因此，PadR+L 所得的VM 和步數(shù)很有可能會顯著高于GWaist 和SWA 所得相應數(shù)據(jù)， 本研究數(shù)據(jù)與此推測相符，但仍需進一步的研究驗證。

場地測試中， 智能鞋墊采用室外GPS 模式，PadR+L 測得的運動總距離和熱量總消耗與SWA 所測值間無顯著性差異。 筆者團隊的前期研究[9]和此次室內的運動測試均驗證SWA 能有效測量足球訓練比賽中的CAL，因此采用GPS 模式的智能鞋墊也可有效應用于足球場上的CAL 測試中。但國內外尚無文獻證明SWA 可有效測定足球場上的運動總距離，本研究數(shù)據(jù)雖說明PadR+L 的數(shù)據(jù)和SWA 無顯著差異，但是否準確有效仍需進一步研究驗證。

4 結論

本研究嘗試通過檢測內置三軸加速度計的智能鞋墊對于感知運動員身體運動并提供能量消耗情況的準確性和有效性， 來探索該智能鞋墊在監(jiān)測職業(yè)運動員運動狀態(tài)的可能性。 室內運動測試結果顯示在中高強度運動狀態(tài)下（＞8 km/h），內置三軸加速度計的鞋墊可能比佩戴在其他部位的加速度計對于身體移動更加敏感。 智能鞋墊在登山或中高強度跑步狀態(tài)下可較準確測量步數(shù)， 但在快走和慢跑時步數(shù)測量有效性較低。除此之外，智能鞋墊可較有效測量中等強度跑步（9.6 km/h）和慢跑（6.4 km/h）時的CAL。

在室外場地訓練中， 智能鞋墊所得的VM 和步數(shù)雖顯著高于GT3X+ 和SWA 所測數(shù)據(jù)， 但可能更能有效反映球場上的動作變化。 當智能鞋墊采用室外GPS 模式時，智能鞋墊可較準確測量CAL，但其測量的運動總距離還需進一步使用其他GPS 測量儀器進行有效性驗證。

總的來說， 此款內置三軸加速度計的智能鞋墊便于穿戴和長時間監(jiān)測， 提供的多種運動指標數(shù)據(jù)在一些特定運動狀態(tài)中比較有效， 尤其適用于室外場地運動的監(jiān)測， 易于被不同項目運動員接納和使用。但不同運動項目有不同的運動模式和動作特點，此智能鞋墊是否適用于其他運動項目還需進一步專項測試來驗證。