基于对呼吸和心率的人工智能监控最大摄氧量的应用性研究

论文摘要

研究目的:自从Hill等人在20世纪20年代提出最大摄氧量概念,随后Toylor等人证实最大摄氧量平台的出现,最大摄氧量这一指标逐渐被运动生理学家得到证实和发展。在运动生理学中,最大摄氧量（maximal oxygen uptake）是指人体进行有大量肌肉群参加的长时间剧烈运动中,当心肺功能和肌肉利用氧的能力达到人体极限水平时,单位时间内（通产以每分钟为计算单位）所能摄取的氧量。最大摄氧量也成为了评价心肺功能和有氧能力的重要指标,并在竞技体育和大众体育中得以重视。目前测量VO2max的方法有两种,分别是直接测量和间接测量。但两种方法都存在一定的问题和局限性,直接测量数据可靠、客观反映有氧工作能力,但是直接测试并非所有人群都能耐受这一刺激,实验仪器昂贵,方法复杂。间接测量简单容易,经济,快捷,但是测量误差较大,或者VO2max智能设计主要以心率为依据的间接推算,如Firstbeat。为了平衡直接测试出现的准确性高不易操作和间接测量出现的准确性低易操作的问题和不足。目前基于人工智能不断发展与技术的提高,通过智能装置对跑台实验中的呼吸频率与心率进行动态的监控以及记录相关数据,对所得的数据与跑台实验中的呼吸频率与心率指标进行相关性分析研究,再结合受试者的性别、年龄、身高、体重等指标来推测最大摄氧量,建立回归方程。将回归方程输入到VO2max智能设备中,运用人工智能、大数据应用分析、云计算、移动互联等为代表的新兴技术与VO2max相结合,从而寻找出一个准确性高易操作的VO2max监控的人工智能设备。研究方法:本研究以20名男生和20名女生（自愿参加测试并且无伤病、身体健康）为实验对象,将40名受试者都进行身高、体重等静态指标的测量（男生:年龄22.2±1.7岁,身高175±5cm,体重69.2±6.1kg,女生:年龄21.2±1.4岁,身高165±4cm,体重53.2±3.6kg）,心肺功能测试仪使用德国cortex metalyzer 3B-R2,跑台型号运用HP cosmos Mercury来进行跑台实验。（1）首先,在进行跑台实验之前受试者进行适当的热身。其次,对40名受试者进行Bruce负荷方案的跑台实验。同时,在受试者胸部佩戴"VO2max智能设备"记录监控呼吸频率与心率等相关数据指标。（2）将跑台实验测出的呼吸频率和心率相关指标与VO2max智能装备测出的呼吸频率与心率指标进行相关性分析。（3）将"VO2max智能设备"测出来的呼吸频率与心率指标与跑台实验测量出的最大摄氧量进行描述性统计,尝试加入性别、年龄、身高、体重、身体质量指数为自变量,最大摄氧量为因变量来建立推测最大摄氧量的回归方程。研究结果:（1）通过比较这两种方法测试出来的呼吸频率与心率指标的相关性。两种方法测试出来的指标结果有一定相关性（r=0.85,P<0.01）,并且高度相关（2）把最大摄氧量与年龄、性别和所测得的静态指标以及Bruce方案负荷中的安静心率、力竭心率、最大心率、呼吸频率等指标进行相关分析可知,性别、年龄、身高、体重、身体质量指数以及安静心率、力竭心率、最大心率、呼吸频率这几个指标和最大摄氧量之间的相关系数分别是性别r=0.492（P<0.01）,年龄r=0.211（P=0.01）,身高r=0.591（P<0.01）,体重r=0.662（P<0.01）,身体质量指数r=0.488（P<0.01）,安静心率r=0.013（P>0.05）,力竭心率r=0.198（P<0.05）,最大心率r=0.240（P<0.01）,负荷量r=0.754（P<0.01）,由此得出性别、年龄、身高、体重、身体质量指数、力竭心率以及最大心率、呼吸频率与最大摄氧量相关具有高度显著性。（3）选择最大摄氧量为因变量,性别、年龄、身高、体重、身体质量指数、力竭心率、最大心率、呼吸频率为自变量,进行逐步回归分析,结果在这些指标中,性别、体重、身体质量指数、最大心率、呼吸频率、五个指标进入回归方程,从而推测出"VO2max智能设备"的回归模型。研究结论:本文建立的推测"VO2max智能设备"的回归方程如下:最大摄氧量=-0.784+0.009*呼吸频率+0.021*体重+0.229*性别+0.004*最大心率+（-0.027）*BMI（性别用代码表示:男=0,女=1）。使用VO2max智能设备建立的回归方程来评价最大摄氧量指标,平衡完善了直接测量与间接测量的局限性,也产生了一个易操作准确性高的最大摄氧量测量工具。同时,为评定最大摄氧量这一有氧能力指标带来便捷,将广泛的应用于竞技体育和大众体育的实践中。

论文目录

文章来源

类型: 国内会议

作者: 孙耀威,边帆,米安,孙文卿,宋亚锋

关键词: 最大摄氧量,人工智能,呼吸,心率

来源: 第十一届全国体育科学大会 2019-11-01

年度: 2019

分类: 基础科学,社会科学Ⅱ辑,信息科技

专业: 生物学,体育,自动化技术

单位: 北京体育大学

分类号: TP18;G804.2

DOI: 10.26914/c.cnkihy.2019.032708

页码: 8131-8133

总页数: 3

文件大小: 1627k

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标签：最大摄氧量论文;  人工智能论文;  呼吸论文;  心率论文;