孫建剛, 柯友枝, 洪金濤, 張丹青, 劉雪琦, 劉 陽,2

(1.上海體育學(xué)院 體育教育訓(xùn)練學(xué)院,上海 200438; 2.上海市學(xué)生體質(zhì)健康研究中心,上海 200438)

《健康中國2030規(guī)劃綱要》提出了實(shí)現(xiàn)“健康中國”的戰(zhàn)略目標(biāo),健康已成為未來中國體育事業(yè)發(fā)展的目標(biāo)之一。健康與身體活動的效應(yīng)關(guān)系已得到流行病學(xué)研究的證實(shí)[1-2]。準(zhǔn)確測量身體活動及其能量消耗,是身體活動領(lǐng)域研究的前提[3-4]。因此,對身體活動測量的方式、方法的研究尤為重要。身體活動測量的方法主要包括主觀測量法和客觀測量法。主觀測量法以問卷為主,但一直面臨信度和效度不高的問題[5]?？陀^測量法主要通過一些儀器、試劑進(jìn)行[6-7],一些方法常被作為“金標(biāo)準(zhǔn)”。然而“金標(biāo)準(zhǔn)”測量成本高、過程復(fù)雜,很難在大樣本身體活動研究中應(yīng)用[7]?？纱┐髟O(shè)備(以下簡稱“設(shè)備”)可看作是可穿戴在身上的功能性設(shè)備,相對而言,設(shè)備更適合大樣本測量[7]。2016年美國運(yùn)動醫(yī)學(xué)年會,加速度計(jì)測量身體活動的研究數(shù)量眾多,也表明了設(shè)備的相關(guān)研究在國際上的前沿地位[3]。

《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》和《全民健身計(jì)劃(2016—2020年)》中都提出了推動現(xiàn)代科技與健康事業(yè)相結(jié)合的建議,這為設(shè)備在健康方面的應(yīng)用提供了思路。很多國內(nèi)外研究已經(jīng)證明部分設(shè)備能夠較為準(zhǔn)確地測量身體活動,甚至已經(jīng)被應(yīng)用于某些身體活動的測量和研究中[8-14]。大量設(shè)備的出現(xiàn)與頻繁更新,對身體活動研究起到了推動作用,同時(shí)也帶來了巨大的挑戰(zhàn)。根據(jù)以往的研究,設(shè)備的信度與效度受到設(shè)備型號、佩戴部位、身體活動類型、測試對象、能耗數(shù)據(jù)算法等方面的影響,研究結(jié)果并不統(tǒng)一[3,15-16],因此在測量身體活動時(shí)選擇合適的設(shè)備就顯得十分困難[3,15]。對身體活動測量而言,設(shè)備到底是利器還是商業(yè)噱頭仍待商榷。由此看來,對設(shè)備在身體活動測量中的信度、效度做出系統(tǒng)的總結(jié)和分析是非常迫切且必要的。本文搜集了國內(nèi)外2015年1月1日—2017年12月31日關(guān)于測量身體活動設(shè)備信度與效度研究的文獻(xiàn),對不同設(shè)備在不同條件下表現(xiàn)出的信度與效度情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析的同時(shí),總結(jié)其發(fā)展趨勢,為其應(yīng)用于身體活動測量方面提供幫助,并為設(shè)備的升級與未來設(shè)計(jì)提供參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象以測量身體活動設(shè)備信度或效度研究的39篇文獻(xiàn)作為研究對象。

1.2 研究方法文獻(xiàn)資料法:通過CNKI、維普網(wǎng)、萬方網(wǎng)、WOS、PubMed和Ebsco檢索相關(guān)文獻(xiàn),并根據(jù)題目、摘要和全文進(jìn)行篩選,選取與本文相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行研究和整理。

數(shù)理統(tǒng)計(jì)法:以信度和效度在各條件下達(dá)到要求的百分比作為對比和評價(jià)的依據(jù)。所有設(shè)備的信度與效度均以原文中的評價(jià)為準(zhǔn)。

1.3 檢索流程、檢索詞與檢索方法

1.3.1 檢索流程

本文檢索流程見圖1。

1.3.2 檢索詞與檢索方法 檢索詞與檢索方法見圖2(分別以CNKI和WOS為例)。

圖1 檢索流程Figure 1 Document retrieval flow chart

1.4 文獻(xiàn)排除與納入標(biāo)準(zhǔn)

1.4.1 納入標(biāo)準(zhǔn) 在以上數(shù)據(jù)庫中,發(fā)表區(qū)間為2015年1月1日—2017年12月31日,測量身體活動的設(shè)備信度或效度研究的相關(guān)文獻(xiàn)。

圖2 檢索詞與檢索方法Figure 2 Search words and search method

1.4.2 排除標(biāo)準(zhǔn) 符合以下標(biāo)準(zhǔn)任何一項(xiàng)的文獻(xiàn)均予以排除:① 綜述類文章;② 無“標(biāo)準(zhǔn)”、結(jié)果描述不清或無明確結(jié)果的研究;③ 關(guān)于程序或軟件方面的研究;④ 博士、碩士研究生論文,評論,描述性或理論性論文;⑤ 會議文章及摘要性文章。

1.5 信度與效度等級評定本文中設(shè)備信度與效度的評價(jià)是與其分析方法相對應(yīng)的,分析方法不同則不能橫向?qū)Ρ?因此本文等級評定是根據(jù)原文中分析方法對應(yīng)的界定標(biāo)準(zhǔn)確定的。如原文中分析方法為組內(nèi)相關(guān)系數(shù)法,又說明r>0.6為優(yōu)秀,則本文即認(rèn)定其信度為優(yōu)秀。本文納入的文獻(xiàn)中,其中一篇文獻(xiàn)將信度等級劃分為3個(gè)等級(高等、中等、低等),其他研究結(jié)果評定全部分為4個(gè)等級(優(yōu)秀、良好、中等、低等),根據(jù)原研究的定性,評定結(jié)果為中等及以上即視為信度合格。效度評定等級分為高、中、低3個(gè)等級,評定依據(jù)與信度相同,評定等級為中等及以上即視為效度合格。

2 研究結(jié)果

2.1 文獻(xiàn)基本信息本文總計(jì)納入39篇文獻(xiàn)[11,17-54],來自11個(gè)國家。發(fā)文數(shù)量最多的國家是美國,總共發(fā)表18篇,幾乎占總文獻(xiàn)數(shù)量的1/2。隨后是澳大利亞4篇,其次是中國3篇(其中1篇為英文文獻(xiàn)),愛爾蘭3篇,韓國、荷蘭、加拿大和西班牙各2篇,日本、瑞士、葡萄牙各1篇。中國在此研究領(lǐng)域的研究均為2015與2016年發(fā)表,2017年無文獻(xiàn)發(fā)表。結(jié)合發(fā)表時(shí)間和數(shù)量看,2015年5篇,2016年11篇,2017年23篇,研究數(shù)量呈明顯上升趨勢。

2.2 設(shè)備基本情況從所涉及的67種設(shè)備品牌(或設(shè)備元件)被研究的次數(shù)看,被研究最多的設(shè)備品牌型號及次數(shù)分別為:Fitbit 15次,其中 Charge HR型號5次;ActivGraph 14次,其中 GT3型號7次;Garmin 8次,其中Vivofit型號5次。

分析指標(biāo)并不代表設(shè)備的所有功能,本文只對原文獻(xiàn)中研究的指標(biāo)進(jìn)行分析。與分析指標(biāo)一樣,佩戴位置并不代表本文中設(shè)備的全部佩戴部位,而是原文獻(xiàn)中研究的佩戴位置。從分析指標(biāo)看,大多數(shù)信度與效度的研究主要集中于步數(shù)、心率和能耗。另外也有少數(shù)關(guān)于距離、速度、代謝當(dāng)量(metabolic equivalent,MET)的研究。從設(shè)備的佩戴位置看,多數(shù)都是佩戴在腰髖部(腰部或髖部)和手腕,佩戴其他部位的研究較少。

2.3 信度測量工具的信度是保障研究結(jié)果準(zhǔn)確與科學(xué)的前提,本文所涉及的研究均是以重復(fù)測量的方式檢驗(yàn)設(shè)備的信度,重復(fù)測量法是信度研究中最常用的方式之一。重復(fù)測量時(shí),大都是以恒定的轉(zhuǎn)速或節(jié)奏(使用節(jié)拍器等)重復(fù)2次測量信度的[22,47]。測量設(shè)備計(jì)步功能的信度時(shí),也有通過重復(fù)2次固定步數(shù)測量信度的方法[32]。另外,設(shè)備的信度也可通過同時(shí)佩戴2個(gè)完全相同的設(shè)備進(jìn)行測量的方法進(jìn)行檢驗(yàn)[47]。表1是納入文獻(xiàn)中設(shè)備的信度情況。

表1 測量工具的信度匯總

注:在活動類型中,騎行類是指身體活動內(nèi)容是騎自行車或騎功率自行車;走跑類是指活動內(nèi)容是走或跑,或走跑結(jié)合的運(yùn)動;綜合類是指日?；顒?或模擬),如騎自行車、走跑、掃地、疊衣服等多項(xiàng)活動相結(jié)合;力量練習(xí)是指負(fù)重深蹲,測量指標(biāo)為蹲起平均速度和峰值速度?？傤l次指設(shè)備被研究的總次數(shù)。

2.3.1 品牌信度 信度研究中涉及15種設(shè)備,大多數(shù)品牌信度都達(dá)到過合格(13種),總研究頻次52次,但信度達(dá)到合格的總頻次僅為17次,占總研究頻次的32.7%,說明多數(shù)設(shè)備的表現(xiàn)并不穩(wěn)定。被研究次數(shù)最多的設(shè)備是ActiGraph GT3X+(13次),其信度合格率為61.5%(合格及以上)。

2.3.2 研究對象信度 研究對象全部為成年人,且大多數(shù)為健康人群。在特殊人群的研究中,研究對象全部為中風(fēng)引起的偏癱患者,其信度等級全部為優(yōu)秀。單從研究對象看,健康人群研究中信度達(dá)到合格的接近一半,特殊人群的信度表現(xiàn)高于健康人群。未來設(shè)備研究設(shè)計(jì),可考慮兼顧“某一類”特殊人群,逐漸豐富適用對象的范疇,讓各類人群享受服務(wù)。研究發(fā)現(xiàn),在對不同人群進(jìn)行身體活動的測量和監(jiān)控時(shí),設(shè)備并不需要做任何調(diào)試,然而特殊人群與普通人群在生理學(xué)與身體活動方面存在較大的差異,若算法和佩戴方式固定不變就可能導(dǎo)致設(shè)備的信度降低。

2.3.3 活動類型信度 關(guān)于信度的研究中,走跑類的研究最多,出現(xiàn)頻次為42次(合格率50%),遠(yuǎn)大于其他活動類型,其次是騎行類4次(合格率66.7%)。其中走跑類中以跑步機(jī)上的研究為主,但地面研究的信度遠(yuǎn)高于跑步機(jī)。從身體活動類型看,信度最高的是力量練習(xí),但對力量練習(xí)的研究頻次只有1次,內(nèi)容為測量負(fù)重深蹲練習(xí)時(shí)的動作速度。其次是騎行類,走跑類排在第3位,地面比跑步機(jī)信度更高,信度表現(xiàn)最差的是綜合類。走和跑是日常生活中最常見的活動,所以設(shè)備信度檢驗(yàn)時(shí)內(nèi)容大多以走和跑為基礎(chǔ)運(yùn)動類型,但其他類型的活動在日常生活中所占的比例也很高,所以需要更多的關(guān)注。

2.3.4 佩戴位置信度 在所納入的研究中,佩戴位置最多的是手腕,達(dá)21次(合格率61.9%),其次是腰髖部,達(dá)15次(合格率33.3%),其他佩戴位置的研究較少,表現(xiàn)差異較大。從佩戴位置看,衣領(lǐng)、前臂、小腿信度最高,但研究頻次都小于5次,其次是大腿,而腳踝和腰髖部信度表現(xiàn)一般,信度最差的佩戴部位是手腕?；诩铀俣扔?jì)的設(shè)備一般佩戴在腰髖部,這與設(shè)備的核心元件和工作原理有關(guān),目前手腕佩戴的設(shè)備明顯受更多人青睞,與設(shè)備的信度高低關(guān)系不大。

2.3.5 分析指標(biāo)信度 分析指標(biāo)是指用于信度檢驗(yàn)的指標(biāo),設(shè)備往往能夠采集多項(xiàng)指標(biāo),本文的分析指標(biāo)是原研究中用于信度檢驗(yàn)的指標(biāo)。本文涉及的研究中出現(xiàn)頻次最高的指標(biāo)為步數(shù),出現(xiàn)40次(合格率50%),其次是騎行類中的蹬踏次數(shù)為6次(合格率66.7%)。信度最高的分析指標(biāo)是動作速度,其次是蹬踏次數(shù),步數(shù)排在第3,最差的是能耗。同樣需注意的是動作速度的研究頻次僅有1次。分析指標(biāo)是以原始數(shù)據(jù)結(jié)合某些算法轉(zhuǎn)換而來,不同設(shè)備有不同算法,且算法轉(zhuǎn)換目標(biāo)也不同,有些轉(zhuǎn)換為心率,有些轉(zhuǎn)換為步數(shù),信度研究中多數(shù)轉(zhuǎn)換為步數(shù),總體看來信度表現(xiàn)一般。

2.4 效度對設(shè)備的信度進(jìn)行驗(yàn)證后,還需要對其效度進(jìn)行驗(yàn)證,本文總結(jié)的設(shè)備效度情況如表2所示。

2.4.1 品牌效度 按照原文中的評價(jià)方式,本文將所有設(shè)備的效度等級劃分為高等、中等、低等3個(gè)層次,70種設(shè)備中有47種達(dá)到過效度要求(中等及以上)。被研究頻次最多的設(shè)備為ActiGraph GT3X+(13次),其次是ActiGraph GT3X(12次),再次是Basis Peak(10次),這3種設(shè)備目前也是國際上公認(rèn)的測量身體活動比較準(zhǔn)確的設(shè)備。

2.4.2 研究對象效度 研究對象以健康人群為主(表2),健康人群中又以成年人為主,針對兒童青少年的研究較少,研究頻次僅有9次,效度達(dá)到要求的僅有3次(33.3%),低于平均水平(46.4%)。僅有的17例特殊人群的研究,僅包括中風(fēng)偏癱患者、肥胖兒童和心臟病患者3類人群。在特殊人群研究中,中風(fēng)偏癱患者占多數(shù),有10例。健康人群研究頻次為183次,效度等級達(dá)到要求的有85次(46.4%)。特殊人群17次,效度等級達(dá)到要求的為5次(29.4%)。設(shè)備對于健康人群的效度明顯高于特殊人群。與信度檢驗(yàn)情況一樣,在效度研究中,在對不同人群身體活動進(jìn)行測量和監(jiān)控時(shí),各研究并未表明不同人群身體活動計(jì)算方法的不同,而且相對成年人群,其他人群的效度明顯較低。使用固定的計(jì)算方法對不同人群身體活動進(jìn)行測量可能是造成設(shè)備效度較低的原因之一。

2.4.3 活動類型效度 走跑類是被研究最多的身體活動類型(表2),達(dá)到了107次(占53.5%),綜合類78次(占39.0%),其他類型研究較少。走跑類效度達(dá)到要求的有40次(占37.4%),不足一半。走跑類又可分為地面和跑步機(jī)2大類,地面共48次,效度達(dá)到要求的有15次(占31.3%)。跑步機(jī)共59次,效度達(dá)到要求的有25次(占42.4%),跑步機(jī)比地面的效度表現(xiàn)更好。綜合類一半以上的效度達(dá)到要求,為41次(占52.6%)。騎行類總頻次為8次,達(dá)到效度要求的為4次(占50.0%),功率自行車效度優(yōu)于地面。力量練習(xí)達(dá)到效度要求的有3次(占66.7%),皆為高效度。靜止類全部為靜坐,達(dá)到效度要求的有3次(占75.0%)。從結(jié)果看,走和跑屬于效度表現(xiàn)相對較低的活動類型,甚至比綜合類低,不足一半的合格率,在一定程度上說明,不同活動類型下設(shè)備的效度水平還不夠穩(wěn)定,仍有改進(jìn)的空間。需要說明的是,活動類型中力量練習(xí)有3次,但檢驗(yàn)的內(nèi)容不相同,2次為檢驗(yàn)從事力量練習(xí)時(shí)的動作速度測量效度,1次為檢驗(yàn)從事力量練習(xí)時(shí)心率的測量效度,因此選擇的校標(biāo)也不相同。

表2 設(shè)備效度匯總

注:因檢驗(yàn)方法、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、具體值劃分節(jié)點(diǎn)不同等,不能將所有研究按效度具體值進(jìn)行排序,只能按原研究中對設(shè)備效度的評價(jià),將設(shè)備的最終效度分為高、中和低3個(gè)等級。不確定(§)指文中設(shè)備是與衣物結(jié)合佩戴的,但佩戴位置的描述不清。穿著類(&)指設(shè)備類似穿著衣物一樣穿著在身上。

2.4.4 佩戴位置效度 本文涉及的佩戴位置,手腕的效度達(dá)到要求的有39次(占44.8%),腰髖部效度達(dá)到要求的為24次(占32.8%),效度達(dá)到要求的均不足一半。佩戴部位頻次最多的為手腕,其次是腰髖部。除衣領(lǐng)和背部外,所有佩戴位置的設(shè)備效度均達(dá)到過中等或高等。因?yàn)橛行┡宕鞑课谎芯款l次較少,僅有1次或2次,得出的結(jié)果代表性不強(qiáng)。研究頻次在5次以上的佩戴部位,效度表現(xiàn)最好的佩戴部位是腳踝和口袋,兩者達(dá)到效度要求的比例分別為87.5%和85.7%。手腕佩戴是更容易被大眾所接受的方式,這與本文的結(jié)果相一致。佩戴在手腕位置的設(shè)備效度表現(xiàn)并不好,可能與人體活動狀態(tài)中上肢的開放性相對更大有關(guān),基于加速度計(jì)的設(shè)備佩戴在手腕很難判斷佩戴者的整體行為。

2.4.5 分析指標(biāo)效度 除以動作識別為分析指標(biāo)時(shí)最高效度為中等外,其他分析指標(biāo)下的效度都達(dá)到過高等。以步數(shù)為分析指標(biāo)的研究頻次最多,有76次(占38%),其次是以能耗為分析指標(biāo)的,有51次(占24.0%),以心率為分析指標(biāo)的,有28次(占14.0%),其他指標(biāo)研究較少。一半以上以步數(shù)為分析指標(biāo)的效度等級都為低等,有44次(占57.9%)。以能耗為分析指標(biāo)達(dá)到效度要求的為26次(占54.2%),以心率為分析指標(biāo)達(dá)到要求的有15次(占53.6%),也超過了一半。效度最高的分析指標(biāo)為蹬踏次數(shù),其次為心率,隨后依次是能耗、速度、步數(shù)、時(shí)長、動作識別,MET為指標(biāo)時(shí)效度最低,但應(yīng)注意研究頻次的問題。

2.4.6 分析方法與“金標(biāo)準(zhǔn)” 與信度檢驗(yàn)不同的是,效度檢驗(yàn)需要一種認(rèn)可度較高的工具作為標(biāo)準(zhǔn),即“金標(biāo)準(zhǔn)”。絕大多數(shù)研究都采用了國際上廣泛認(rèn)可的測量手段或方法,如“間接測熱法”“視頻記錄法”等,但標(biāo)準(zhǔn)較多,且不統(tǒng)一。效度檢驗(yàn)中“金標(biāo)準(zhǔn)”的選擇需根據(jù)設(shè)備采集的指標(biāo)來進(jìn)行:設(shè)備采集指標(biāo)為步數(shù)和蹬踏次數(shù)時(shí),通常是以“手動計(jì)數(shù)”或“視頻記錄”為“金標(biāo)準(zhǔn)”;指標(biāo)為能耗和MET時(shí),通常以“氣體分析法(間接測熱法)”“代謝室(倉)”和“雙標(biāo)水法”為“金標(biāo)準(zhǔn)”;指標(biāo)為動作識別時(shí),通常以“直接觀察”和“視頻記錄”為“金標(biāo)準(zhǔn)”;指標(biāo)為心率時(shí),可以“心電圖”或已被驗(yàn)證的心率計(jì)為“金標(biāo)準(zhǔn)”;指標(biāo)為時(shí)長時(shí),可選擇“手動計(jì)數(shù)(或計(jì)時(shí))”“日記法”和“視頻記錄”為“金標(biāo)準(zhǔn)”;指標(biāo)為速度時(shí),一般是以“視頻記錄”與“動作捕捉系統(tǒng)”為“金標(biāo)準(zhǔn)”。其中本文涉及的研究以“計(jì)時(shí)門”(當(dāng)人體通過門時(shí)則計(jì)時(shí))為“金標(biāo)準(zhǔn)”驗(yàn)證了奔跑加速度與速度測量的效度,以“線性速度傳感器”(固定在杠鈴上)為“金標(biāo)準(zhǔn)”驗(yàn)證了“力量練習(xí)”中測量負(fù)重深蹲動作的平均速度與峰值速度的效度。本文涉及的研究中也有以“SWA”(一種多元件設(shè)備)為“金標(biāo)準(zhǔn)”的研究,但SWA并不能被廣泛認(rèn)可,所以其研究結(jié)果的可信度不高。效度檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析方法中主要以相關(guān)系數(shù)、百分比(誤差率或準(zhǔn)確率)、Bland-Altman、變異系數(shù)、重復(fù)系數(shù)為主,研究中通常會以其中的2種或2種以上方法聯(lián)合使用。絕大多數(shù)研究都采用了相關(guān)系數(shù)和(或)百分比法對設(shè)備的效度進(jìn)行分析。

3 分析與討論

3.1 信度

3.1.1 品牌信度 本文發(fā)現(xiàn)多數(shù)品牌在信度方面表現(xiàn)較好,大部分設(shè)備在特定條件下都能達(dá)到信度要求。經(jīng)歷長時(shí)間的發(fā)展,設(shè)備品質(zhì)和設(shè)計(jì)方面已經(jīng)達(dá)到相對較穩(wěn)定的水平,而且身體活動的監(jiān)控原理和能耗的算法相對固定,理論上只要在硬件正常的情況下,測量結(jié)果的一致性都會較高。

3.1.2 研究對象信度 本文涉及的研究中,設(shè)備對特殊人群的信度要比對健康人群高,甚至對特殊人群的信度水平全部達(dá)到了優(yōu)秀等級,但研究頻次僅有3次,所以仍然不能認(rèn)定其對特殊人群的信度更高。造成這種結(jié)果的原因可能是,特殊人群在身體活動方面表現(xiàn)較緩和,重復(fù)測量過程中身體活動的變化幅度相對健康人群較小,設(shè)備受的干擾較少,所以測量結(jié)果一致性較好。需要注意的是,一致性較好并不能代表精確性高。另外,所有關(guān)于信度的研究對象均為成年人,沒有對于兒童青少年的研究。兒童青少年的生理學(xué)特征與成年人是存在差異的,所以設(shè)備對兒童青少年身體活動測量的信度有必要單獨(dú)進(jìn)行,并且兒童青少年的身體活動研究作為健康研究中非常重要的一環(huán),也應(yīng)予以更多重視。

3.1.3 活動類型信度 走跑類是日常生活中比較常見的活動類型,因此研究中被涉及的次數(shù)最多。雖然騎行和力量訓(xùn)練達(dá)到信度要求的比例高于走跑類,但是兩者研究頻次較低。所以我們只能認(rèn)定,走跑類身體活動類型中設(shè)備信度的表現(xiàn)一般,其他類型的身體活動信度需要進(jìn)一步研究。雖然走跑類運(yùn)動是大眾參與最為普遍的身體活動類型,但是其他類型的身體活動也不少,在研究走和跑的同時(shí)應(yīng)對其他類型的身體活動給予更多關(guān)注。只有設(shè)備包容更多的身體活動類型,才能實(shí)現(xiàn)對身體活動的精確測量。

3.1.4 佩戴位置信度 信度表現(xiàn)最好的佩戴位置是小腿,但是研究頻次只有4次,研究頻次達(dá)10次以上的佩戴部位僅有手腕和腰髖部,手腕佩戴的設(shè)備信度較高,優(yōu)于腰髖部。相對基于加速度計(jì)的設(shè)備佩戴距離重心越近越準(zhǔn)確的情況,基于心率監(jiān)測的設(shè)備,通過光電反射測量血液流動量計(jì)算心率,佩戴在手腕也很準(zhǔn)確。相比較而言,手腕佩戴的方式更容易被接受,雖然佩戴在小腿的位置測量信度較高,但下肢的形態(tài)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)往往會導(dǎo)致佩戴者不適或造成設(shè)備脫落,手腕佩戴應(yīng)會是今后設(shè)備開發(fā)的趨勢之一。

3.1.5 分析指標(biāo) 以能耗為指標(biāo)時(shí),信度表現(xiàn)較好,以步數(shù)為分析指標(biāo)時(shí),設(shè)備的信度表現(xiàn)一般,以能耗為指標(biāo)時(shí)信度表現(xiàn)好于以步數(shù)為指標(biāo),這與之前的研究結(jié)果不一致,可能與新技術(shù)的出現(xiàn)和新算法的優(yōu)化有關(guān)。蹬踏次數(shù)和動作速度測量需求在日常身體活動中相對較少且難度較大,但對于設(shè)備的信度研究而言,這方面研究也是有必要的。以蹬踏次數(shù)和動作速度為指標(biāo)時(shí)信度表現(xiàn)最好,但是以蹬踏次數(shù)和動作速度為指標(biāo)的研究頻次較少,所以還需要更多的研究繼續(xù)論證。

3.2 效度

3.2.1 品牌效度 一些研究表示某些設(shè)備在不同條件下測量身體活動的表現(xiàn)并不一致[55-56]。還有研究表明,目前的實(shí)驗(yàn)室研究不能充分證明設(shè)備在日常生活行為中能耗估算的信效度[57-58]。本文涉及的設(shè)備在特定條件下效度都達(dá)到過要求,效度達(dá)到較高水平的設(shè)備有Basis peak、ActiGraph GT3X+、Polar H7、StepWatch、Yamax Digiwalker SW-701 pedometer等,但都僅限于在某一指標(biāo)和特定的條件下。即便是同一品牌,在不同的研究中效度評價(jià)也存在不同。因效度受多因素影響,大多數(shù)設(shè)備效度評價(jià)與研究的次數(shù)、研究對象、研究的身體活動類型等因素存在聯(lián)系。雖然我們無法對某一品牌的效度做出最終定論,但可以本文作為參考,選擇最合適的設(shè)備,而且根據(jù)本文的結(jié)果可以為新設(shè)備的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供思路。

3.2.2 研究對象效度 目前,設(shè)備用于健康人群的研究多于特殊人群,從兩類人群的效度表現(xiàn)看,健康人群的效度明顯高于特殊人群。大部分設(shè)備的設(shè)計(jì)都是針對健康人群,而特殊人群的特征呈多樣性,在設(shè)備的研發(fā)方面很難達(dá)到兼顧健康人群與眾多類型的特殊人群的要求。雖然有些設(shè)備在使用時(shí)要錄入年齡等信息,但這些信息基本是被用作推薦身體活動量。如20歲男性人群每天應(yīng)達(dá)到某種運(yùn)動量或運(yùn)動強(qiáng)度,而在對不同年齡段人群身體活動測量算法方面并無變化。兒童青少年作為國家未來的主力軍,理應(yīng)得到更多重視,但目前對于兒童青少年的研究很少,且研究結(jié)果的效度表現(xiàn)低于平均水平。這在一定程度上說明,現(xiàn)有設(shè)備的算法可能并不適合兒童青少年,應(yīng)該為兒童青少年建立針對性的算法或設(shè)計(jì)針對性的硬件來提高設(shè)備效度。另外,對各類人群的研究需要長期的積累,在今后的研究中可逐漸豐富研究對象的種類,為不同人群的身體活動測量研究提供新資料。

3.2.3 佩戴方式效度 除了佩戴在衣領(lǐng)和背部的設(shè)備外,所有位置的設(shè)備效度都達(dá)到過效度要求。手腕佩戴的設(shè)備被研究的次數(shù)最多,因其佩戴舒適和對肢體活動的干擾較低,是最容易被接受的佩戴方式之一,其次是腰髖部。Wang等[24]認(rèn)為,基于加速度計(jì)的設(shè)備,佩戴的位置距離重心越近,獲得的結(jié)果就越準(zhǔn)確。本文卻發(fā)現(xiàn),佩戴在腰部和髖部的設(shè)備效度并不理想,反而是佩戴在腳踝和口袋內(nèi)的效度較高,但這與之前的研究并不沖突。佩戴在其他位置的設(shè)備準(zhǔn)確與否,還要根據(jù)設(shè)備的核心元件判斷,基于心率的設(shè)備與佩戴位置是否貼近重心無太大關(guān)系,而與佩戴部位的血管情況有關(guān)?；谛穆实脑O(shè)備,佩戴在手腕和胸部的居多,效度也都很高。在進(jìn)行大樣本測量時(shí),選擇佩戴手腕的設(shè)備明顯更容易被研究對象所接受。對特殊人群的效度研究中,佩戴在非健康側(cè)部位的設(shè)備效度普遍較低,可能是由于健康側(cè)與非健康側(cè)身體活動方面存在較大差異,設(shè)備在設(shè)計(jì)上尚不能完全滿足所有情況,因此設(shè)備在使用過程中應(yīng)注意佩戴側(cè)的選擇。

3.2.4 分析指標(biāo) 除動作識別之外,所有指標(biāo)的效度檢驗(yàn)均達(dá)到過要求。研究次數(shù)最多的指標(biāo)是能耗、心率和步數(shù)。雖然大多設(shè)備在測量活動計(jì)數(shù)或心率計(jì)數(shù)時(shí)效度都很高,但是在計(jì)算能量消耗的時(shí)候效度會有不同程度的下降。本文卻發(fā)現(xiàn),以步數(shù)為研究指標(biāo)的效度較低,反而是以能耗為指標(biāo)的效度等級較高,與之前的研究結(jié)果并不一致。這可能與設(shè)備能耗算法優(yōu)化有關(guān),也可能與不同的身體活動類型有關(guān)。此外,設(shè)備在不同的身體活動類型、速度、強(qiáng)度下,效度是存在差異的。以步數(shù)為指標(biāo)的研究中,就算在中高速度的效度較高,但因?yàn)樵诘退俚男Ф容^低,最終的評價(jià)也有可能較低,這可能就是造成與之前研究不一致的原因。步行速度對設(shè)備的影響并不明顯,只有低速才會降低加速度計(jì)類型的設(shè)備精確性。對于特殊人群或身體活動障礙人群,在選擇設(shè)備的時(shí)候要考慮到,基于加速度計(jì)的設(shè)備可能不太適合。正常情況下大多數(shù)設(shè)備都能準(zhǔn)確計(jì)量水平面上行走時(shí)的步數(shù),但在上下臺階時(shí),設(shè)備的步數(shù)計(jì)量與距離計(jì)量會產(chǎn)生較大變化,這也是今后需要攻克的難題。

3.2.5 身體活動類型 不同強(qiáng)度、不同身體活動模式的情況下,設(shè)備的精確性不一[7]。走跑類是日常身體活動中最常見的形式,研究數(shù)目最多,但也有大量對綜合類和騎行類的研究,除以上3類之外,其他類型的活動研究較少。走跑類中,跑步機(jī)上的效度明顯高于地面,但仍有一半以上沒有達(dá)到效度要求。因?yàn)榻Y(jié)合辨識活動類型計(jì)算能耗比單純的恒定計(jì)算方式更優(yōu),因此國際上對設(shè)備能夠識別身體姿勢和身體活動類型的要求越來越高。之前因?yàn)閴弘娛絺鞲衅鞑荒軐o力性加速度做出反應(yīng),無法辨別重力領(lǐng)域,也就無法被用來識別身體姿態(tài),如躺或立。隨著科技的進(jìn)步,壓阻式和電容式傳感器正在不斷革新,二者對重力的感應(yīng)閾值為1 g,這2類傳感器的敏感性較高,因此能夠通過數(shù)值結(jié)果的變化情況反映出身體姿勢,為活動方式的判斷提供更多的信息[15]。同時(shí)有研究證明,用單個(gè)加速度計(jì)佩戴在背部可以識別6種不同的活動類型,(躺、坐/站、站起、走、跑、騎行),遺憾的是佩戴單個(gè)的加速度計(jì)還不能判斷主體是站還是坐[15]。多數(shù)情況下當(dāng)研究不僅需要區(qū)別身體活動的強(qiáng)度還要區(qū)別身體活動的類型和身體姿態(tài)時(shí),選擇基于加速度計(jì)的設(shè)備是比較合適的。

4 結(jié)論

(1) 設(shè)備信效度表現(xiàn)不穩(wěn)定。雖然很多設(shè)備已被證明具有較高的信效度,被應(yīng)用于各類身體活動的研究中[8-12],而且絕大多數(shù)設(shè)備都在某一條件下達(dá)到信度或效度要求,但我們幾乎找不到一種同時(shí)滿足多種身體活動情形的設(shè)備。所以,雖然設(shè)備具有高效性,但也須在實(shí)際使用中保持謹(jǐn)慎態(tài)度。

(2) 設(shè)備選擇須綜合考慮。選擇合適的設(shè)備取決于研究目的、研究人群、經(jīng)費(fèi)預(yù)算和預(yù)期結(jié)果等因素。信效度研究中,身體活動內(nèi)容、類型、采集指標(biāo)并不統(tǒng)一,設(shè)備表現(xiàn)不同,甚至存在較大的差異。佩戴位置的選擇上,大眾更容易接受手腕佩戴。因此,對設(shè)備進(jìn)行選擇時(shí),需要多因素綜合考慮。

(3) 類型識別是必然。身體活動測量與監(jiān)控中,采用相同的算法容易忽視不同人群、不同活動類型的特征,對身體活動和人群進(jìn)行辨識后,分別建立算法計(jì)算將會大大提高設(shè)備的信效度[7]。具有多元傳感器的設(shè)備可以解決這個(gè)問題,但是它極大地犧牲了穿著性,故障率也較高,若此類設(shè)備取得突破將會為今后的發(fā)展提供巨大的推動力。

(4) 數(shù)據(jù)對比是難點(diǎn)。大多數(shù)設(shè)備都使用各自的算法,也沒有確定運(yùn)動強(qiáng)度上的分界點(diǎn),選擇的“金標(biāo)準(zhǔn)”也不統(tǒng)一,研究之間很難比較。因此設(shè)備信效度研究的另一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)就在于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或節(jié)點(diǎn),為避免這樣的問題可嘗試將原始數(shù)據(jù)劃分節(jié)點(diǎn)。

(5) 設(shè)備發(fā)展前景廣闊。一般對日常身體活動的測量需要3～7 d,周期較長,主觀測量法很難在持續(xù)很長時(shí)間的情況下保證較高的效度,設(shè)備在此方面具有明顯的優(yōu)勢,發(fā)展空間巨大,因此對于設(shè)備在身體活動方面的研究應(yīng)繼續(xù)深入。

(6) 設(shè)備缺少針對性。本文發(fā)現(xiàn)利用設(shè)備對兒童青少年和其他人群進(jìn)行身體活動測量的信效度研究較少,而且效度結(jié)果遠(yuǎn)低于平均水平,未來應(yīng)建立針對兒童青少年和其他人群的算法或開發(fā)針對性設(shè)備。

5 研究局限性

設(shè)備對身體活動的測量一般需3～7 d,本文并未對設(shè)備信效度檢驗(yàn)的時(shí)長因素進(jìn)行梳理與統(tǒng)計(jì),因此,在不同時(shí)長的情況下,設(shè)備信效度是否存在規(guī)律性變化尚不能確定。