ACTIGRAPH传感器在青少年体育活动能量消耗测试中的应用

李泰武

（陕西交通职业技术学院,西安,710018）

0 引言

相关资料显示，经常参加体育活动的青少年明显比参加体育活动较少的青少年健康水平要高。研究分析青少年体育活动与其健康成长有着密切的关系。而Actigraph传感器是一种用来测量体育活动的工具。近年来，在欧美等国家的应用比较广泛，它小巧便携，能够准确的评估青少年在体育活动中消耗的能量。

1 Actigraph传感器及其原理

Actigraph传感器由美国研制开发，De Vries指出Actigraph系列 (GT1M、GT3X、GT3X+、Actitrainer等 )传感器目前在研究领域应用的比较广泛。Actigraph传感器能够同步监测体育活动中垂直轴AC(ACZ)、矢状轴AC(ACy)和冠状轴AC(ACx)，并能够转换成综合矢量计数（Vector Magnitude，VM）和水平轴计数（horizontal AC，ACh），其中VM和ACh的计算方法分别为本文主要以Actigraph三轴加速传感器中的GT3X为例研究其在青少年体育活动能量消耗的测试。

GT3X三轴加速传感器是目前应用领域最广的，内存为16MB，电池能够使用长达20天，30Hz的采样频率，采样范围达到0.05～2.5g，s。在进行实验时，将GT3X三轴加速传感器放置于这些青少年的右边髋部，与肚脐的水平高度差不多的位置。通过Actilife 6.0软件完成校对、设置和数据处理等任务，以间接测热法实时监测参加实验的青少年体育活动能量消耗为标准，采用Cosmed k4b2气体代谢能耗分析仪进行分析，实验中的青少年要掌握好时间，在规定的时间快速按下Cosmed k4b2上的开始键，确保k4b2与GT3X的监测数据一致，保障实验的准确定和精确度。

2 研究对象与研究方法

2.1 研究对象

本次研究主要选取的是20岁左右的身体健康的青少年，将其随机划分为两个小组，一组由30名男、女生组成，另一组由10名男、女生组成，总共80人参与实验。这两组的人体测量特征并没有十分明显的不同（P＞0.05），具体参见表1。参加实验研究的青少年前一天不能参加强度较大的体育活动，全部实验活动都需在饭后1小时进行。

表1 实验中人体测量特征一览表

2.2 实验方案

为得到最佳的实验目的，首先做好如下准备：

①实验时间：定为上午的8点到12点半和下午的1点到5点半。

②试验场地：校园的体育场馆

③实验环境温度：18℃～25℃，温度范围控制在50%～80%。

④实验青少年着装：轻便运动服

实验中的青少年进入实验场地后，首先要测量其身高、体重、体脂率，接下来按照要求佩戴GT3X三轴加速传感器，并熟悉k4b2的使用过程。在本次实验中，80名青少年要完成两大类共七项体育活动，分别为：第一类是走跑类体育活动，包括慢走、慢跑和快走，时速分别为4千米小时、8千米小时、6千米小时；第二类是非走跑类体育活动，包括静坐、整理书桌（站姿）、看书（坐姿）和扫地。

为了更好的验证GT3X三轴加速传感器在体育活动中能耗的监测，整个实验活动持续4小时。在这时开始实验之前，这些青少年要先填写一份周体育活动报告，我们可以根据这份报告了解一周内实验者的体育活动所占时间，并据此将实验者一周内主要的几种体育活动组成在本次实验中的综合体育活动，然后就可以正式开始本次试验了。因为实验中使用的Cosmed k4b2气体代谢能耗分析仪的电池续航时间只有2小时，所以需要在实验中途更换电池，所需时间大致为1～2分钟，这段时间内的数据将不被数据库采纳。在本次4小时的实验中，实验者消耗能量的时间大致为230～240分钟。

2.3 数据统计

本次试验进行数据统计的过程采用的是统计软件SPSS 15.0。借助Pearson相关分析法为方法，准确的对GT3X三轴加速传感器与Cosmed k4b2气体代谢能耗分析仪产生的数据进行分析，此次分析中将P＞0.05定义为显著水平，将P＜0.01定义为高度显著水平。

3 研究结果

通过以上方案的实验研究，得出了实验小组青少年体育活动能量消耗与AC的相关性（如表2）。AC与青少年体育活动能量消耗的P＜0.01，即呈现出高度显著性水平，但是ACh与体育活动能量消耗的相关性与具体的体育活动关系比较密切，在走／跑类体育活动中，VM和ACZ与体育活动能量消耗的相关性都很大，而ACh与体育活动能量消耗相关性不大，其中，VM与能量消耗的相关性变化最小，这说明我们可以将VM作为推算能耗的最佳自变量。从实验中七项体育活动的综合数据来看，VM与能耗的P＜0.01，即呈现出高度正相关关系（如图1）。

表2 实验小组青少年体育活动能量消耗与AC的相关性

图1 实验中VM与能耗相关性的散点图

4 实验分析与讨论

Actigraph三轴加速传感器已经在很多体育活动中应用，并收到了良好的效果，是所有加速传感器中在体育活动监测中应用最多的一种监测仪器，能够很好地监测体育活动中消耗的能量。本文在前人研究的基础上将实验分为非走／跑类体育活动和走／跑类体育活动进行研究，建立以VM为自变量的Actigraph三轴加速传感器能量消耗方程，以最大限度降低误差为原则，更加准确的监测了体育活动中的能量消耗情况。

5 结论

本次实验以GT3X为代表的Actigraph三轴加速传感器为例，将VM作为推算能耗的最佳自变量，分析评估了青少年体育活动能量消耗，为通过合理手段更加准确的监测青少年体育活动消耗能量提供了方案。此外，在日后的研究中，笔者认为可以扩大年龄范围以及研究领域，将更多地体育活动加入到研究当中，从而研究出适合各个人群各个领域的能量消耗监测方案，更加全面的保障人民的健康，提高国民身体素质。

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