光电容积脉搏波描记法(PPG)测试足球运动员赛时心率的准确性研究

玉溪师范学院体育学院 汪 雄 陈玉林

华南师范大学体育科学学院 张恒亮 王 垒 黄国虎 刘鸿优

1 前言

光电容积脉搏波描记法（Photo Plethysmo Graphy，以下简称PPG）是通过光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法[1]。PPG可运用于人体血液、心脏和呼吸相关参数的无创检测，较为成功的临床应用为监护仪中的血氧和脉率检测[1]。由于PPG所具有的无创性、方便性、简洁性、稳定性等优点，使其应用价值不局限于医院中的临床检测、监护、急救体能测试，还可应用于社区、家庭和学校的身体指标和运动量监控，服务于大健康领域。时下兴行的智能手环和臂环等装备更是将PPG融入其中，运用于监控运动中的人体实时心率，试检验，只有数据足够准确的前提下，才能充分发挥该方法在运动与大健康领域内的应用价值[2,3]。

2 研究方法

2.1 实验测试

本研究选取内置了PPG功能的“简极-茵战K1(GENGEE INSAIT K1)”智能足球运动表现分析系统作为测试工具，借鉴前人类似研究的实验设计方法[3]，通过测试模块间的数据比对的方式对PPG测试运动中人体心率的准确性进行了实验测试。测试的运动项目为参与人数较多、运动形式较为复杂足球项目。测试对象为随机选取的研究依托单位的20名大学生女子足球运动员（年龄：20.3±1.9岁，身高163.76.5cm，体重55.4±5.8kg）。20名被试被分为4个队伍，同时进行两场持续30分钟的五人制足球比赛，每名被试轮流充当6分钟的守门员。每名被试同时佩戴两个GENGEE INSAIT K1测试器模块参赛。

2.2 数据分析

测试比赛完成后，每名被试身上的两个测试模块的数据都被导入到个人电脑中进行处理，生成出赛时最大心率、赛时平均心率、90-100%最大心率比赛时间、80-89%最大心率比赛时图科学合理地量化运动负荷，降低运动损伤风险，提高体育锻炼效果，甚至提升竞技运动表现。

表1 两个不同PPG测试模块采集的足球运动员赛时心率相关指标数值一览表

尽管PPG采集心率数据时具有诸多优势，但是要将采集到的数据运用于指导运动锻炼、竞技运动训练和相关科学研究，必须先对该方法跟踪获得的运动中人体心率数据的准确性进行间、70-79%最大心率比赛时间、60-69%最大心率比赛时间、<60%最大心率比赛时间7个测试指标。通过对比两个测试模块生成的每名被试的每一项指标的均值、标准差、标准化均值变化(Standardised Change in Mean，SCM)、标准化典型误差(Standardised Typical Error，STE)和组间相关系数(Intra-class Correlation，ICC)来检验PPG测试足球运动员赛时心率的准确性。

3 研究结果与分析

表1展示了内置PPG功能的“简极-茵战K1(GENGEE INSAIT K1)”智能足球运动表现分析系统对20名足球运动员进行测试时，又不同测试模块生成出的心率相关参数的具体数值。

前人的研究成果认为，同一个测试系统由不同的人员操作或者同一个测试系统的不同模块对同一个被试进行测试时，生成的数据之间的标准化均值变化值处在-0.2到0.2之间，这证明测试误差为微小无意义误差；标准化典型误差在0.6以下，测试误差为可接受的小误差；而组间相关系数达到0.75以上，则证明该系统的准确性极高[3,4]。由表1可见，GENGEE INSAIT K1系统在采集足球运动员赛时最大心率、赛时平均心率和各个心率段内的比赛时间等7项心率相关参数时，模块间输出数据标准化均值变化值处于-0.13到0.13之间，标准化典型误差处在0.15和0.53之间，而组间相关系数则介于0.80和0.98之间，证明该系统在测试足球运动员的赛时心率时具备足够的准确性。

4 结论

实验研究结果显示，将PPG融入智能臂环系统内，用于测试足球运动员赛时心率相关参数时，具备足够的准确性，采集到的数据可以运用于指导运动锻炼、竞技运动训练和相关科学研究等用途。