使用IMU傳感器進行槓鈴速度估算的效性評估（三）（完） | Valid and Reliable Barbell Velocity Estimation Using an Inertial Measurement Unit

使用IMU傳感器進行槓鈴速度估算的效性評估（三）（完） | Valid and Reliable Barbell Velocity Estimation Using an Inertial Measurement Unit

 

使用IMU傳感器進行槓鈴速度估算的效性評估

 

研究結果

 

同次間和每日可靠性

rANOVA 顯示S4L的 MCV（p = 0.029；np2 = 0.14）和槓鈴位移（p = 0.044；np2 = 0.13）在臀推的每日評估當中達顯著影響。而依據事後檢定測試，於同次間比較值當中第二天顯示出更高的MCV（p = 0.029；MD=0.04±0.10 m.s-1；SMD= -0.38）和槓鈴位移（p = 0.044；MD=0.02±0.06 m.s-1；SMD= -0.37）。除此之外，在日內和日間可靠性測試期間，兩種設備中的所有參數都沒有發現顯著影響（p = 0.100；np2 = 0.14），僅只有一個細瑣的微小SMD（< 0.17）根據ICC和CC，這兩種設備的對於所有SQ參數都顯示出良好到極佳的日內和日間可靠性（見表 2）。而在HT參數當中則呈現中等至極佳的日內和日間可靠性（見表 2）。盡管MCV的日內和日間可靠性測量結果是一致性較低，但在槓鈴位移上的一致性則表現較高（見表 2）。

圖 2. 分別顯示了Speed4Lift® (S4L)與VmaxPro® (VMP)傳感器在深蹲 (SQ; A,B) 和臀推練習 (HT; C,D)當中的平均同心速度(MCV；A,C)和槓鈴位移(B,D)。

典型誤差測量值(TE)、變異係數(CV)、組內相關係數(ICC)、皮爾遜相關係數(CC)、一致性限制(LoA)和標準誤差測量(SEM)。皮爾遜相關係數以*** p < 0.001; ** p < 0.01 and * p < 0.05給定。

表2. Speed4Lift® (S4L)和VmaxPro® (VMP)傳感器在深蹲(SQ)和臀推(HT)練習中的平均同心速度(MCV)和槓鈴位移的日內和日間可靠性。

 

討論

這是第一項以商用IMU設備VmaxPro® (VMP)傳感器與高度效性的[31]線性位置傳感器（Speed4Lift®；S4L）進行評比的研究。基於良好至極佳的組內相關性（ICC）和微小標準測量誤差值（SEM），我們觀察到VmaxPro®和Speed4Lift® 傳感器，兩者在深蹲和臀推練習期間平均同心速度 （MCV）和槓鈴位移部分都是落在良好至極佳之間。兩種設備在深蹲運動的平均同心槓鈴速度和槓鈴位移方面還顯示出良好到極佳的日內和日間可靠性（基於ICC和CC來看）。臀推練習的平均向心速度和槓鈴位移顯示（基於 ICC）在兩種設備（Speed4Lift® 和 VmaxPro®）顯示具有良好的日內可靠性和中等的日間可靠性。深蹲和臀推期間的平均向心速度顯示出較低的一致性 [7,34]，這表明其有效性和（日內和日間）可靠性較高。相比之下，在槓鈴位移方面顯示出深蹲和臀推期間的一直性較高，這表示有效性和（日內和日間）可靠性方面的準確性不足。

近期一項系統評價回顧研究針對數種用於測量槓鈴速度的市售IMU設備進行有效性和可靠性的數據評估，當中The Beast®（Beast Technologies，Brescia，Italy）[9,10,36]、Gyko Sport ®（Microgate, Bolzano, Italy) [37] 和 PASCO® (Roseville, CA, USA）[38]傳感器被認為是有效的（SEM = 0.01到0.18 m.s-1；CC = 0.79到0.93）。與先前這些經過驗證檢視的IMU傳感器相比，本次檢視的VmaxPro®傳感器之有效性相當甚至更好（SEM = 0.01到0.18 m.s-1 vs. 0.01到0.02m.s-1； CC = 0.79至0.93 vs. 0.91至0.96）。根據計算得出的LoA[7,34]（0.10 至 0.12 m.s-1；見表 1）、速度測量中估算的負荷(% 1RM) 意味著VmaxPro®和Speed4Lift®傳感器之間的數值差異<5% 1RM [4,5]。由於每日之間1RM的差異可高達18% [6,39]，<5% 的1RM差異對於每日訓練應用上似乎是可被接受的。

先前檢驗過的IMU傳感器如The Beast®（Beast Technologies，Brescia，Italy）[9,10,36]、Gyko Sport ®（Microgate, Bolzano, Italy) [37] 和 PASCO® (Roseville, CA, USA）[38]傳感器的日內可靠性被歸類為足夠可靠（ICC = 0.36到0.99；CV高達35%）[1]。因此我們可以將先前檢驗的這些也同樣奠基於IMU的傳感器數據與VmaxPro® 傳感器（ICC：0.36至0.99 vs. 0.56至0.95；CV：< 35.0% vs. < 7.5%）做比較，可以看出（日內）可靠性趨勢是有利於VmaxPro®傳感器的。跟隨著這發現，使用線性位置傳感器 (Speed4Lift®)的日內（以及之間）可靠性與VmaxPro® 傳感器在檢測上沒有顯著差異。此外，在日內和日間可靠性的一致性限制（見表2）計算得出，在基於速度的1RM估計過程中誤差為< 5%，與有效性數據一致。因此我們可以認定VmaxPro®的MCV測量具可靠性的。

雖然力量和體能教練們可能對槓鈴位移特別是有興趣的[40]，但在先前的IMU 相關研究中都尚未對這部分進行評估。基於組內相關性，我們觀察到VmaxPro®傳感器與本次使用的線性位置傳感器（Speed4Lift®）相比，深蹲和臀推（見表 1）期間槓鈴位移的有效性是為良好。考量LoA限制，這種基於組內相關性的有效度必須被加以挑戰[7,34]。高達10.7 cm的一致性LoA（見表 1）對應在深蹲和臀推過程中是高達25% 的槓鈴總位移。由於可達到負荷（% 1RM）是直接由深蹲深度（對應於槓鈴位移）而決定 [40]，這些LoA數值對於每日訓練監測槓鈴上似乎是有些太高。

在日內和日間可靠性評估顯示了深蹲和臀推期間，槓鈴位移為中等至極佳的組內相關性（VmaxPro®傳感器）。此外，本次使用的線性位置傳感器 （Speed4Lift®） 的日內和日間可靠性（基於 ICC）與本次檢驗的VmaxPro®傳感器之間沒有顯著差異（見表 2）。但日內和日間可靠性評估的LoA（高達 10.8cm；見表 2）也和前面的有效性評估結果相似，對於在日常訓練過程中監控槓鈴來看似乎有些太高。因此本次結果在槓鈴位移部分，認為VmaxPro®傳感器似乎不適合進行檢測。

由於VmaxPro®是一種商用設備，至製造商僅提供有關技術規範、配置、設置、數據過濾、算法和積分（加速度值）的有限訊息[27]。此外，原始數據在研究時也無法輸出。但這些資訊與訓練者、教練和運動員並不相關。在日常訓練過程和運動表現測試過程中，只需VmaxPro®設備所提供的最終MCV數值。

因此，實際應用上是適合使用的。平均向心槓鈴速度的有效測量為基於速度的力量訓練奠定了基礎 [1-3]。平均向心速度得以用一種穩定、非侵入性和高靈敏度的方法進行相對負荷強度（%1RM）獲最大力量強度（1RM）的評估[5]。為了透過這些基於速度的1RM估計[2,5]來檢視訓練引起的適應能力表現，因此有效的日間可靠性是需要的[7]。對於於速度的估算來說，還需要額外要求訓練組內的訓練努力和神經肌肉疲勞程度以及適當的日內可靠性[7]。由於本次結果發現用於測量平均向心槓鈴速度的商用IMU系統－VmaxPro®傳感器的有效性和（日內和日間）可靠性，因此VmaxPro®也可用於此類基於速度的方法檢測。VmaxPro®傳感器可直接安裝在槓鈴上，無需延長電纜或進行過多複雜操作如必須基於拍攝影片進行分析的系統[11]。因此尋求在阻力訓練期間進行運動速度監測的最可行解決方案的體育從業者，應將VmaxPro®傳感器視為傳統線性位置傳感器的有效可靠之替代方案。

 

結論

歸納本次研究，(i) 線性位置傳感器（例如 Speed4Lift®）被建議作為評估平均同心速度和槓鈴位移等領域的黃金標準 [8-10]；(ii) 基於IMU的VmaxPro®傳感器在深蹲和臀推期間的平均同心速度的一致性限制相對較低，顯示出良好到極好的有效性；(iii) 對於深蹲和臀部推力期間的平均同心速度，與接受過驗證的線性位置傳感器 (Speed4Lift®) 是具有可類比的（日內和日間）可靠性； (iv) 在深蹲和臀部推力的（日內和日間）可靠性測試期間，平均同心速度的一致性較低，和對比（v）在槓鈴位移有效性和（日內和日間）可靠性方面，儘管有良好的組內相關性，但深蹲和臀推的可靠性測量一致性仍偏高。總之，本次研究認為基於IMU的VmaxPro®傳感器可以被認為是一種有效可靠的平均向心速度測量工具。對於槓鈴位移測量來說，一致性的上限嚴重限制了基於IMU的 VmaxPro®傳感器的實際可應用性。

本次研究並無獲得外部資金，故並無利益衝突。研究是根據赫爾辛基宣言的指導方針進行的，並得到了機構審查委員會（或倫理委員會；德國科隆體育大學/協議代碼 176/2020）的批准。所有研究內容獲得所有參與研究受試者的知情同意。所有數據均在研究文稿中提供，如有需要數據可向相應作者索取。

 

本次研究參考文獻

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