利器還是噱頭:可穿戴設備在身體活動測量中的信效度

孫建剛, 柯友枝, 洪金濤, 張丹青, 劉雪琦, 劉 陽,2

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

《健康中國2030規(guī)劃綱要》提出了實現(xiàn)“健康中國”的戰(zhàn)略目標,健康已成為未來中國體育事業(yè)發(fā)展的目標之一。健康與身體活動的效應關(guān)系已得到流行病學研究的證實[1-2]。準確測量身體活動及其能量消耗,是身體活動領域研究的前提[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、試劑進行[6-7],一些方法常被作為“金標準”。然而“金標準”測量成本高、過程復雜,很難在大樣本身體活動研究中應用[7]。可穿戴設備(以下簡稱“設備”)可看作是可穿戴在身上的功能性設備,相對而言,設備更適合大樣本測量[7]。2016年美國運動醫(yī)學年會,加速度計測量身體活動的研究數(shù)量眾多,也表明了設備的相關(guān)研究在國際上的前沿地位[3]。

《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》和《全民健身計劃(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,這為設備在健康方面的應用提供了思路。很多國內(nèi)外研究已經(jīng)證明部分設備能夠較為準確地測量身體活動,甚至已經(jīng)被應用于某些身體活動的測量和研究中[8-14]。大量設備的出現(xiàn)與頻繁更新,對身體活動研究起到了推動作用,同時也帶來了巨大的挑戰(zhàn)。根據(jù)以往的研究,設備的信度與效度受到設備型號、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選擇合適的設備就顯得十分困難[3,15]。對身體活動測量而言,設備到底是利器還是商業(yè)噱頭仍待商榷。由此看來,對設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)于測量身體活動設備信度與效度研究的文獻,對不同設備在不同條件下表現(xiàn)出的信度與效度情況進行統(tǒng)計與分析的同時,總結(jié)其發(fā)展趨勢,為其應用于身體活動測量方面提供幫助,并為設備的升級與未來設計提供參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象以測量身體活動設備信度或效度研究的39篇文獻作為研究對象。

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

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

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 文獻排除與納入標準

1.4.1 納入標準 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,測量身體活動的設備信度或效度研究的相關(guān)文獻。

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

1.4.2 排除標準 符合以下標準任何一項的文獻均予以排除:① 綜述類文章;② 無“標準”、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備信度與效度的評價是與其分析方法相對應的,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的界定標準確定的。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,則本文即認定其信度為優(yōu)秀。本文納入的文獻中,其中一篇文獻將信度等級劃分為3個等級(高等、中等、低等),其他研究結(jié)果評定全部分為4個等級(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 文獻基本信息本文總計納入39篇文獻[11,17-54],來自11個國家。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),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。中國在此研究領域的研究均為2015與2016年發(fā)表,2017年無文獻發(fā)表。結(jié)合發(fā)表時間和數(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 設備基本情況從所涉及的67種設備品牌(或設備元件)被研究的次數(shù)看,被研究最多的設備品牌型號及次數(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。

分析指標并不代表設備的所有功能,本文只對原文獻中研究的指標進行分析。與分析指標一樣,佩戴位置并不代表本文中設備的全部佩戴部位,而是原文獻中研究的佩戴位置。從分析指標看,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、代謝當量(metabolic equivalent,MET)的研究。從設備的佩戴位置看,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)果準確與科學的前提,本文所涉及的研究均是以重復測量的方式檢驗設備的信度,重復測量法是信度研究中最常用的方式之一。重復測量時,大都是以恒定的轉(zhuǎn)速或節(jié)奏(使用節(jié)拍器等)重復2次測量信度的[22,47]。測量設備計步功能的信度時,也有通過重復2次固定步數(shù)測量信度的方法[32]。另外,設備的信度也可通過同時佩戴2個完全相同的設備進行測量的方法進行檢驗[47]。表1是納入文獻中設備的信度情況。

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)合的運動;綜合類是指日常活動(或模擬),如騎自行車、走跑、掃地、疊衣服等多項活動相結(jié)合;力量練習是指負重深蹲,測量指標為蹲起平均速度和峰值速度?？傤l次指設備被研究的總次數(shù)。

2.3.1 品牌信度 信度研究中涉及15種設備,大多數(shù)品牌信度都達到過合格(13種),總研究頻次52次,但信度達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)設備的表現(xiàn)并不穩(wěn)定。被研究次數(shù)最多的設備是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。未來設備研究設計,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。研究發(fā)現(xiàn),在對不同人群進行身體活動的測量和監(jiān)控時,設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致設備的信度降低。

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上的研究為主,但地面研究的信度遠高于跑步機。從身體活動類型看,信度最高的是力量練習,但對力量練習的研究頻次只有1次,內(nèi)容為測量負重深蹲練習時的動作速度。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,所以設備信度檢驗時內(nèi)容大多以走和跑為基礎運動類型,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21次(合格率61.9%),其次是腰髖部,達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、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?；诩铀俣扔嫷脑O備一般佩戴在腰髖部,這與設備的核心元件和工作原理有關(guān),目前手腕佩戴的設備明顯受更多人青睞,與設備的信度高低關(guān)系不大。

2.3.5 分析指標信度 分析指標是指用于信度檢驗的指標,設備往往能夠采集多項指標,本文的分析指標是原研究中用于信度檢驗的指標。本文涉及的研究中出現(xiàn)頻次最高的指標為步數(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。分析指標是以原始數(shù)據(jù)結(jié)合某些算法轉(zhuǎn)換而來,不同設備有不同算法,且算法轉(zhuǎn)換目標也不同,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 效度對設備的信度進行驗證后,還需要對其效度進行驗證,本文總結(jié)的設備效度情況如表2所示。

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

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,效度等級達到要求的有85次(46.4%)。特殊人群17次,效度等級達到要求的為5次(29.4%)。設備對于健康人群的效度明顯高于特殊人群。與信度檢驗情況一樣,在效度研究中,在對不同人群身體活動進行測量和監(jiān)控時,各研究并未表明不同人群身體活動計算方法的不同,而且相對成年人群,其他人群的效度明顯較低。使用固定的計算方法對不同人群身體活動進行測量可能是造成設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2大類,地面共48次,效度達到要求的有15次(占31.3%)。跑步機共59次,效度達到要求的有25次(占42.4%),跑步機比地面的效度表現(xiàn)更好。綜合類一半以上的效度達到要求,為41次(占52.6%)。騎行類總頻次為8次,達到效度要求的為4次(占50.0%),功率自行車效度優(yōu)于地面。力量練習達到效度要求的有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,不同活動類型下設備的效度水平還不夠穩(wěn)定,仍有改進的空間。需要說明的是,活動類型中力量練習有3次,但檢驗的內(nèi)容不相同,2次為檢驗從事力量練習時的動作速度測量效度,1次為檢驗從事力量練習時心率的測量效度,因此選擇的校標也不相同。

表2 設備效度匯總

注:因檢驗方法、統(tǒng)計學方法、具體值劃分節(jié)點不同等,不能將所有研究按效度具體值進行排序,只能按原研究中對設備效度的評價,將設備的最終效度分為高、中和低3個等級。不確定(§)指文中設備是與衣物結(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,手腕的效度達到要求的有39次(占44.8%),腰髖部效度達到要求的為24次(占32.8%),效度達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。除衣領和背部外,所有佩戴位置的設備效度均達到過中等或高等。因為有些佩戴部位研究頻次較少,僅有1次或2次,得出的結(jié)果代表性不強。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),基于加速度計的設備佩戴在手腕很難判斷佩戴者的整體行為。

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

2.4.6 分析方法與“金標準” 與信度檢驗不同的是,效度檢驗需要一種認可度較高的工具作為標準,即“金標準”。絕大多數(shù)研究都采用了國際上廣泛認可的測量手段或方法,如“間接測熱法”“視頻記錄法”等,但標準較多,且不統(tǒng)一。效度檢驗中“金標準”的選擇需根據(jù)設備采集的指標來進行:設備采集指標為步數(shù)和蹬踏次數(shù)時,通常是以“手動計數(shù)”或“視頻記錄”為“金標準”;指標為能耗和MET時,通常以“氣體分析法(間接測熱法)”“代謝室(倉)”和“雙標水法”為“金標準”;指標為動作識別時,通常以“直接觀察”和“視頻記錄”為“金標準”;指標為心率時,可以“心電圖”或已被驗證的心率計為“金標準”;指標為時長時,可選擇“手動計數(shù)(或計時)”“日記法”和“視頻記錄”為“金標準”;指標為速度時,一般是以“視頻記錄”與“動作捕捉系統(tǒng)”為“金標準”。其中本文涉及的研究以“計時門”(當人體通過門時則計時)為“金標準”驗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“金標準”驗證了“力量練習”中測量負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”(一種多元件設備)為“金標準”的研究,但SWA并不能被廣泛認可,所以其研究結(jié)果的可信度不高。效度檢驗的數(shù)據(jù)分析方法中主要以相關(guān)系數(shù)、百分比(誤差率或準確率)、Bland-Altman、變異系數(shù)、重復系數(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)百分比法對設備的效度進行分析。

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,大部分設備在特定條件下都能達到信度要求。經(jīng)歷長時間的發(fā)展,設備品質(zhì)和設計方面已經(jīng)達到相對較穩(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到了優(yōu)秀等級,但研究頻次僅有3次,所以仍然不能認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,重復測量過程中身體活動的變化幅度相對健康人群較小,設備受的干擾較少,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特征與成年人是存在差異的,所以設備對兒童青少年身體活動測量的信度有必要單獨進行,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。雖然騎行和力量訓練達到信度要求的比例高于走跑類,但是兩者研究頻次較低。所以我們只能認定,走跑類身體活動類型中設備信度的表現(xiàn)一般,其他類型的身體活動信度需要進一步研究。雖然走跑類運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應對其他類型的身體活動給予更多關(guān)注。只有設備包容更多的身體活動類型,才能實現(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10次以上的佩戴部位僅有手腕和腰髖部,手腕佩戴的設備信度較高,優(yōu)于腰髖部。相對基于加速度計的設備佩戴距離重心越近越準確的情況,基于心率監(jiān)測的設備,通過光電反射測量血液流動量計算心率,佩戴在手腕也很準確。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)和運動結(jié)構(gòu)等特點往往會導致佩戴者不適或造成設備脫落,手腕佩戴應會是今后設備開發(fā)的趨勢之一。

3.1.5 分析指標 以能耗為指標時,信度表現(xiàn)較好,以步數(shù)為分析指標時,設備的信度表現(xiàn)一般,以能耗為指標時信度表現(xiàn)好于以步數(shù)為指標,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)和動作速度為指標時信度表現(xiàn)最好,但是以蹬踏次數(shù)和動作速度為指標的研究頻次較少,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,目前的實驗室研究不能充分證明設備在日常生活行為中能耗估算的信效度[57-58]。本文涉及的設備在特定條件下效度都達到過要求,效度達到較高水平的設備有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也存在不同。因效度受多因素影響,大多數(shù)設備效度評價與研究的次數(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,選擇最合適的設備,而且根據(jù)本文的結(jié)果可以為新設備的設計與開發(fā)提供思路。

3.2.2 研究對象效度 目前,設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。大部分設備的設計都是針對健康人群,而特殊人群的特征呈多樣性,在設備的研發(fā)方面很難達到兼顧健康人群與眾多類型的特殊人群的要求。雖然有些設備在使用時要錄入年齡等信息,但這些信息基本是被用作推薦身體活動量。如20歲男性人群每天應達到某種運動量或運動強度,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)有設備的算法可能并不適合兒童青少年,應該為兒童青少年建立針對性的算法或設計針對性的硬件來提高設備效度。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 除了佩戴在衣領和背部的設備外,所有位置的設備效度都達到過效度要求。手腕佩戴的設備被研究的次數(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]認為,基于加速度計的設備,佩戴的位置距離重心越近,獲得的結(jié)果就越準確。本文卻發(fā)現(xiàn),佩戴在腰部和髖部的設備效度并不理想,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備準確與否,還要根據(jù)設備的核心元件判斷,基于心率的設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)。基于心率的設備,佩戴在手腕和胸部的居多,效度也都很高。在進行大樣本測量時,選擇佩戴手腕的設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,設備在設計上尚不能完全滿足所有情況,因此設備在使用過程中應注意佩戴側(cè)的選擇。

3.2.4 分析指標 除動作識別之外,所有指標的效度檢驗均達到過要求。研究次數(shù)最多的指標是能耗、心率和步數(shù)。雖然大多設備在測量活動計數(shù)或心率計數(shù)時效度都很高,但是在計算能量消耗的時候效度會有不同程度的下降。本文卻發(fā)現(xiàn),以步數(shù)為研究指標的效度較低,反而是以能耗為指標的效度等級較高,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,設備在不同的身體活動類型、速度、強度下,效度是存在差異的。以步數(shù)為指標的研究中,就算在中高速度的效度較高,但因為在低速的效度較低,最終的評價也有可能較低,這可能就是造成與之前研究不一致的原因。步行速度對設備的影響并不明顯,只有低速才會降低加速度計類型的設備精確性。對于特殊人群或身體活動障礙人群,在選擇設備的時候要考慮到,基于加速度計的設備可能不太適合。正常情況下大多數(shù)設備都能準確計量水平面上行走時的步數(shù),但在上下臺階時,設備的步數(shù)計量與距離計量會產(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 不同強度、不同身體活動模式的情況下,設備的精確性不一[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,跑步機上的效度明顯高于地面,但仍有一半以上沒有達到效度要求。因為結(jié)合辨識活動類型計算能耗比單純的恒定計算方式更優(yōu),因此國際上對設備能夠識別身體姿勢和身體活動類型的要求越來越高。之前因為壓電式傳感器不能對靜力性加速度做出反應,無法辨別重力領域,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]。同時有研究證明,用單個加速度計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),遺憾的是佩戴單個的加速度計還不能判斷主體是站還是坐[15]。多數(shù)情況下當研究不僅需要區(qū)別身體活動的強度還要區(qū)別身體活動的類型和身體姿態(tài)時,選擇基于加速度計的設備是比較合適的。

4 結(jié)論

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

(2) 設備選擇須綜合考慮。選擇合適的設備取決于研究目的、研究人群、經(jīng)費預算和預期結(jié)果等因素。信效度研究中,身體活動內(nèi)容、類型、采集指標并不統(tǒng)一,設備表現(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,對設備進行選擇時,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行辨識后,分別建立算法計算將會大大提高設備的信效度[7]。具有多元傳感器的設備可以解決這個問題,但是它極大地犧牲了穿著性,故障率也較高,若此類設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。大多數(shù)設備都使用各自的算法,也沒有確定運動強度上的分界點,選擇的“金標準”也不統(tǒng)一,研究之間很難比較。因此設備信效度研究的另一個技術(shù)難點就在于沒有統(tǒng)一的標準或節(jié)點,為避免這樣的問題可嘗試將原始數(shù)據(jù)劃分節(jié)點。

(5) 設備發(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)很長時間的情況下保證較高的效度,設備在此方面具有明顯的優(yōu)勢,發(fā)展空間巨大,因此對于設備在身體活動方面的研究應繼續(xù)深入。

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

5 研究局限性

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