使用IMU傳感器進行槓鈴速度估算的效性評估（二） | 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（二） | 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

研究設計

每個受試者都進入實驗室共4回以進行（1）熟悉；（(2） 1RM測試（3和4）效度和信度評估。第一回和第二回相隔48-72小時。第二回、第三回及第四回則各間隔一周。在每次熟悉試驗及測試日前執行標準化熱身方案，包括5分鐘自選動態伸展和關節活動，然後再進行兩組熱身組，每組內為10次40%1RM和5次60%1RM負重。在熟悉期間則以中等負荷（約60%1RM，按照每個個體的1RM）進行3-4組深蹲（squats/SQ）和臀推（hip thrust /HT）練習。為了盡量降低疲勞影響，因此只選擇了兩個主要訓練下肢肌群的前鏈（SQ）及後鏈（HT）動作。Kraemer及其同事[30]詳盡地敘述用於評估SQ和HT的1RM（實驗室第二次）程序。簡要地來說就是以預估的50%1RM重量進行5次反覆次數的熱身組，再進行預估1RM的80%負重進行4次反覆。接著使用預估的90%1RM負重進行單下反覆後，後續的單下反覆次數都已略為增加的負荷（0.5至5.0kg）進行。此過程會一直持續直到1RM出現或執行失敗。為避免疲勞影響，最遲應在第三或第四次嘗試就達到最終1RM（對於所有受試者）。使用的1RM測試謝協議具有較高的組內相關係數（0.998）和較低的測量技術誤差（1.66%）[30]。在SQ期間，要求髖部深度需低於髕骨頂部，這部分會由經過認證且經驗豐富的力量和體能教練進行可視控制。在第三和第四次實驗室訪問中，參與者每天總共完成30次SQ和HT練習（以75%1RM分成3-5組，中間有3分鐘的休息時間）。鼓勵參與者以最大預期向心速度爆發性地進行向心動作。為了控制對於表現的晝夜節律影響，每位參與者的所有測量皆在一天當中的近似時間單獨進行。

數據收集

MCV及槓鈴位移是獨立但同時測量的（圖1），使用Speed4Lift®（Madrid, Spain/ S4L）和VmaxPro®（Blaumann & Meyer, Sports Technology UG, Magdeburg, Germany/ VMP）兩種傳感器進行。兩個設備會在相同的反覆次數過程中獨立分開地收集MCV和槓鈴位移。S4L被認可為是一種準確、有效和可靠的（SE<0.01 m.s-1；CV<1.8%；ICC<0.999）經由連結到槓鈴得到結果的線性位置傳感器[31]。 透過1000HZ的採樣率對位移數據相對於時間進行微分來直接紀錄數據。其可視性能夠透過WIFI連結至智能手機（iPhone 10, Apple, Silicon Valley, CA, USA）使用S4L v.4.1版本應用APP。S4L的線纜使用尼龍扣帶垂直連接到槓鈴左側。VMP是一種商用無線IMU，內容包含包括一個三軸加速度計、陀螺儀和磁力計 [27]。數據直接透過VMP應用APP透過藍芽(65 Hz)與智能手機（iPhone 10，Apple，Silicon Valley，CA，USA）連結，以1000 Hz 的採樣率對於垂直加速度相對於時間的積分進行記錄。根據製造商所言，對於測量深蹲、臥推、硬舉和抓舉期間的峰值速度、MCV和槓鈴位移，VMP已被證明是可靠和有效的 [27]。在每次測量之前，按照製造商的規格進行VMP校正。為此，VMP會被按順序置放於水平地面上進行6個側面校正程序。經過此校準程序後，IMU的三維局部坐標系（用於測量加速度、角速率和磁場矢量）便可與VM 傳感器外殼對齊 [32]。校準後，將將VMP傳感器放置在槓鈴上（內置磁鐵吸附），讓局部座標軸分別平行於水平面、額狀面和矢狀面。

圖1：圖示範例執行深蹲(A)和臀部推力(B)測量設置。VmaxPro®傳感器標記為黑色，Speed4Lift®傳感器標記為白色。

對於進一步的數據處理，75% 1RM所有次數都用視為有效測試（S4L與 VMP）。為避免疲勞效應，每日僅使用前兩組進行同次間（第1與第2組）及每日（實驗室訪問第3與第4組）可靠性分析。因此，分析了前3次反覆次數的最大MCV和槓鈴位移。

統計數據

所有數據獨立但皆視為組均值標準偏差或95%信任區間。檢查收集的數據的正態分佈和方差同質性。為每個結果測量（MCV 和槓鈴位移）分別計算幾個單因子（設備：S4L與VMP）重複測量方差分析（rANOVA）。此外，還對 MCV 和槓鈴位移（兩種設備）進行了多項2（設備：S4L 與 VMP）x 2（同次間時間：第1次 vs.第2次或日間時間：實驗室訪問第3 vs.第4次）的rANOVA分析。rANOVA影響大小同以np2數值給出，其值分別為0.01、0.06 或 0.14表示為小、中或大範圍影響[33]。在顯著的 rANOVA影響情況下，隨後進行了Bonferroni事後校正計算。計算了組間平均差異/研究範圍的標準差（SMD）視為成對效應值大小估計度量（SMD；微不足道：SMD < |0.2 |；小：|0.2 | ≤SMD < |0.5 |；中等：|0.5 |≤SMD<|0.8 |；大 SMD ≥|0.8 |）[33]。兩種測量設備（S4L 與 VMP）之間的一致性和（日內和日間）可靠性，透過計算系統偏差（設備/組數/天數之間的平均差異）和一致性限制進行分析（LoA：兩種設備之間差異的標準差為 1.96），考慮到95%隨機誤差分量 [7] 並繪製數個Bland-Altman圖 [34]。計算了典型測量誤差(TE)、標準誤差 (SEM)、變異係數 (CV) 和類內相關係數 (ICC) [7]。ICC被評為優秀（0.9到1）、良好（0.74到0.9）、中等（0.4到 0.73）和差（0到0.39）[35]。為了與其他VBT相關驗證研究具備更好的相比性，進行了Pearson 相關係數（CC）計算[7]。使用R（4.0.5 版）和RStudio（1.4.1106 版）軟體進行統計分析。

研究結果

有效性

rANOVA顯示了設備備（S4L 和 VMP）之間的MCV在SQ（p < 0.001；np2 = 0.50）和HT（p < 0.001；np2 = 0.26）動作上的顯著影響。根據事後校正計算，S在SQ動作方面，與S4L（0.53±0.12 m.s-1）相比，VMP（0.52±0.12 m.s-1）有著顯著低MCV（p < 0.001; MD= 0.01±0.04 m.s-1；SMD = 0.11）。而在HT動作上，與S4L（0.45±0.11m.s-1）相比，HT顯示VMP（0.49±0.11 m.s-1）的 MCV （p < 0.001; MD = -0.03±0.05；SMD = -0.28）顯著升高。rANOVA展示SQ期間S4L和 VMP之間槓鈴位移的顯著影響（p < 0.001；np2 = 0.10）。隨後的事後校正計算顯示與S4L（58.8±9.5cm）相比，VMP（55.8±9.2cm）的槓鈴位移值（p < 0.001；MD = 3.37±3.38 cm；SMD=0.36）顯著降低。相較之下，在HT動作期間rANOVA 顯示VMP（32.8±4.7 cm）和S4L（32.9±5.0 cm）在槓鈴位移方面沒有顯著影響（p < 0.78; np2 <0.001；MD = -0.03±3.34；SMD = -0.01）。ICC 和 CC 顯示兩種設備在SQ和HT期間的 MCV 和槓鈴位移的有效性良好（表1）。此外，在SQ 和HT期間，MCV 和槓鈴位移的TE、CV和SEM較低（表1）。可以在圖二看到S4L和VMP之間對於敘述性有效性一致性分析Bland-Altman圖。雖然MCV測量的一致性較低，但槓鈴位移的一致性限制則相當高（表1）。

表1 在深蹲（SQ）和臀推（HT）練習條件內，Speed4Lift®（S4L）和VmaxPro®（VMP）傳感器之間的平均向心速度（MCV）和槓鈴位移的有效性。

典型測量誤差(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 (LoA) 和測量標準誤差 (SEM)。皮爾遜相關係數以*** p < 0.001 顯示。

本文待續