陳玥　徐國(guó)棟

摘 要 本文探索肌氧參數(shù)與血乳酸、心肺功能參數(shù)之間的定性關(guān)系，肌氧拐點(diǎn)與無(wú)氧閾（乳酸閾、通氣閾）之間的定量關(guān)系，建立云推理機(jī)模型，使具有無(wú)損、實(shí)時(shí)、在體、連續(xù)監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)的近紅外光譜術(shù)可以對(duì)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)方法起到補(bǔ)充作用。

關(guān)鍵詞 云推理機(jī) 近紅外光譜技術(shù) 肌氧

中圖分類(lèi)號(hào)：F270 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

科技是當(dāng)代體育發(fā)展的重要因素，先進(jìn)的科學(xué)儀器和技術(shù)手段的應(yīng)用在該領(lǐng)域研究中起著舉足輕重的作用。如何規(guī)范運(yùn)動(dòng)員身體機(jī)能監(jiān)測(cè)與評(píng)定的生物學(xué)指標(biāo)體系和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，建立自動(dòng)化程度不斷提高、測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確、信息反饋更加迅速的監(jiān)測(cè)手段和評(píng)定方法，是運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題之一，不僅有助于提高運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的科學(xué)化水平、增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力，還可以預(yù)防運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)損傷并延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)壽命。

一、近紅外光譜技術(shù)

近紅外光譜術(shù)（near infrared spectroscopy，NIRS）是一項(xiàng)新的生物醫(yī)學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)，為研究人員提供了一種嶄新的無(wú)損、實(shí)時(shí)、在體監(jiān)測(cè)局部骨骼肌肌氧變化的技術(shù)。近紅外肌氧監(jiān)測(cè)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)科學(xué)研究。眾多研究發(fā)現(xiàn)，肌氧與攝氧量的變化顯著相關(guān)；肌氧拐點(diǎn)與乳酸閾、通氣閾存在高度的相關(guān)性，但仍停留在定性描述的基礎(chǔ)上，因此，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中肌氧與傳統(tǒng)生理監(jiān)測(cè)指標(biāo)之間的定量關(guān)系仍缺乏系統(tǒng)性研究，從根本上限制了近紅外光譜術(shù)和肌氧在運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中的推廣應(yīng)用。

二、云推理機(jī)模型

通常情況下，用概念的方法描述客觀不確定性就會(huì)比傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法更為合理，更具有普適性和真實(shí)性。云模型就是在這一背景下孕育而生的，它將我們對(duì)事物概念用云的觀念來(lái)描述，反映自然語(yǔ)言中概念的隨機(jī)性和模糊性，實(shí)現(xiàn)定性、定量信息之間的相互轉(zhuǎn)換，基于云模型的推理方法可以體現(xiàn)人們語(yǔ)言思考中的概念軟推理能力。

設(shè)U是一個(gè)用精確數(shù)值表示的定量論域，C是U上的定性概念，若定量值x∈U，且x是概念C上的一次隨機(jī)實(shí)現(xiàn)，若x滿(mǎn)足 ，其中 ，且x對(duì)概念C的隸屬度滿(mǎn)足 則x在論域U上的分布稱(chēng)為正態(tài)云。云發(fā)生器（Cloud generator）有正向、逆向兩種。正向正態(tài)云發(fā)生器（Forward Normal Cloud Generator，記作CG）是從定性到定量的映射；逆向云發(fā)生器（，記作 ）是實(shí)現(xiàn)從定量值到定性概念的轉(zhuǎn)換模型。它從一定數(shù)量的云滴中提取云模型的數(shù)字特征（Ex，En，He）來(lái)表示定性概念。

基于云模型的定性規(guī)則推理就是由X條件云發(fā)生器和Y條件云發(fā)生器組合而成的。單條件推理規(guī)則可形式化為：If A then B，其中A、B分別為推理規(guī)則的前件與后件。用云模型來(lái)實(shí)現(xiàn)定性規(guī)則推理過(guò)程的云推理機(jī)模型可以描述為，當(dāng)前件論域U1上的一個(gè)特定值a作X條件輸入，激活前件云CGA，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)對(duì)于a的隸屬度 ，將該隸屬度值作為后件云CGB的Y條件輸入，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)云滴drop（b， ）。

三、云推理機(jī)模型驗(yàn)證肌氧指標(biāo)可靠性

為驗(yàn)證肌氧指標(biāo)的可靠性，利用采集到的數(shù)據(jù)，需要系統(tǒng)深入地分析肌氧與不同參數(shù)的定量關(guān)系。首先，以建立肌氧參數(shù)為輸入，血乳酸濃度、心肺功能參數(shù)作為輸出的云推理機(jī)模型，進(jìn)一步分析參數(shù)間的聯(lián)系。其次，采用合適的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化拐點(diǎn)判斷方法，準(zhǔn)確有效地獲取肌氧拐點(diǎn)、乳酸閾、通氣閾。然后進(jìn)一步建立以肌氧拐點(diǎn)作為輸入，經(jīng)典運(yùn)動(dòng)能評(píng)價(jià)指標(biāo)（乳酸閾、通氣閾）作為輸出的云推理機(jī)模型，利用該模型尋找出肌氧拐點(diǎn)與乳酸閾、無(wú)氧閾的定量關(guān)系。具體來(lái)說(shuō)，將肌氧拐點(diǎn)作為解釋變量，通氣閾、乳酸閾等經(jīng)典運(yùn)動(dòng)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)作為被解釋變量，采集所有被試在不同運(yùn)動(dòng)范式下的肌氧拐點(diǎn)和通氣閾、乳酸閾數(shù)據(jù)集，分別作為逆向云發(fā)生器的輸入，計(jì)算得到肌氧拐點(diǎn)、通氣閾和乳酸閾的云數(shù)字特征，從而建立各自的正態(tài)云發(fā)生模型，實(shí)現(xiàn)由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)到定性概念的提取，即可構(gòu)建由肌氧拐點(diǎn)到已有運(yùn)動(dòng)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)的云推理機(jī)模型——肌氧拐點(diǎn)到已有運(yùn)動(dòng)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的定性/定量相互轉(zhuǎn)換的演算模型。推理過(guò)程中，通過(guò)概率值的傳導(dǎo)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了本研究中一系列不確定因素的傳遞，從而可以規(guī)避模型的輸入與輸出之間的不同量級(jí)的差異性。

四、小結(jié)

肌氧是一項(xiàng)新的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，相對(duì)于傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)具有在體、連續(xù)、實(shí)時(shí)和無(wú)損等優(yōu)勢(shì)，能更大程度滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練科學(xué)化監(jiān)控的需要。研究新指標(biāo)（肌氧）與傳統(tǒng)指標(biāo)（血乳酸、攝氧量）之間的數(shù)學(xué)模型，并以此為切入點(diǎn)建立基于肌氧的獨(dú)立評(píng)價(jià)體系，作為傳統(tǒng)指標(biāo)的補(bǔ)充甚至替代，突破現(xiàn)有的非定量研究的局限，從而可以實(shí)現(xiàn)近紅外光譜術(shù)在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練定量監(jiān)控中的實(shí)踐要求。

本文系湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2011CDC109）、湖北省教育廳指導(dǎo)性項(xiàng)目（編號(hào)：2011jyte093）的研究成果之一。

（作者：陳玥，江漢大學(xué)圖書(shū)館，系統(tǒng)分析與集成專(zhuān)業(yè)博士； 徐國(guó)棟<通訊作者>，江漢大學(xué)體育學(xué)院，教授，博導(dǎo)）

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