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基于 IMU 的杠铃速度追踪应用程序的科学有效性和可靠性

基于 IMU 的杠铃速度追踪应用程序的科学有效性和可靠性

引言——科学有效性

在与真实用户验证和测试使用移动摄像头测量跑步速度后(您可以阅读演示文稿 这里 和验证 这里),我们意识到 可靠性并不代表一切 在为运动员开发技术时。计算机视觉跟踪杠铃速度的科学有效性和可靠性令人难以置信,即使在非常低的低成本 Android 设备。然而,它的可用性有很多不足之处:无法准确测量运动范围 (ROM),并且必须将移动设备与三脚架一起放在它前面(在健身房中,由于空间或其他用户走动,这很困难,甚至一些运动员也会感到尴尬),这使得它不太 对日常运动员有用,这正是 Spleeft 的设计目的。

因此,我们始终致力于为用户提供一款能够每天用于监测力量训练的工具,因此我们决定采用一种技术, 在该领域已建立良好的基础: 加速度计或 惯性测量单元 (惯性测量单元)。尽管科学文献对其有效性和可靠性的证据存在差异(1,2),但由于使用的算法不同,该技术由于易用性而被专业人士在实践中广泛使用,尽管科学文献对其有效性和可靠性的证据存在差异。

本文的目的是再次向您展示 斯普莱夫特在 iOS 和 Android 上,与线性换能器对比,展示了其 有效性和可靠性。我们将向您介绍该协议,以便如果您想增强对该工具的信心,您可以复制它。

如果你不想阅读更多技术介绍和结果,我们可以再一次告诉你 我们认为 Spleeft 是一个有效且可靠的工具 作为运动员每天使用,因为我们获得了 高相关性 (r2>0.97),并且 没有显著差异 在所有平台和线性传感器之间的结果(p > 0.05)中。

方法

一名受试者进行了 94 次背部蹲坐(利用拉伸-缩短循环),恒定重量 25 公斤,改变意向以 0.39-0.91 米/秒之间的速度进行举重。

Spleeft 应用程序安装在搭载 Android 9 的低成本 Android (v1.4.1) Xiaomi Redmi Note 6 Pro、搭载 iOS 15.0 的 Apple iPhone 7 (v1.3) 和搭载 iOS 15.0 的 Apple iPhone 12 (v1.3) 上。需要注意的是,每台设备都有不同质量的传感器,因此技术规格并不完全相同。但是,Spleeft 处理来自每个传感器(加速度计、陀螺仪和磁力计)的 100 Hz 信号。使用经过科学验证的 LT 作为黄金标准 (1)。

结果

申请同时有效

使用 Spleeft 和 LT 测得的平均速度值具有非常高的相关性,无论是在 iPhone 12(r2=0.98,SEE=0.014 m/s,平均误差 = 0.027 m/s)、iPhone 7(r2=0.98,SEE=0.014 m/s,平均误差 = 0.019 m/s)还是 Android(r2=0.97,SEE=0.014 m/s,平均误差 = 0.046 m/s)上。

对于 ROM 测量,iPhone 12(r2=0.93,SEE=0.3 厘米,平均误差 = 3.15 厘米)和 iPhone 7(r2=0.92,SEE=0.3 厘米,平均误差 = 0.9 厘米)的相关值都很高,而在 Android 设备上,有效性较低(r2=0.83,SEE=0.36 厘米,平均误差 = 5.5 厘米),

基于 IMU 的杠铃速度追踪应用程序的科学有效性和可靠性
图 1. iOS 版 Spleeft 与 LT 的比较显示两种设备具有高度一致性。
基于 IMU 的杠铃速度追踪应用程序的科学有效性和可靠性
图 2. Android 版 Spleeft 与 LT 的比较再次表明,两种设备具有很高的一致性。

使用应用程序跟踪杠铃速度的可靠性和准确性与使用 LT 相比

配对样本 t 检验表明 没有显著差异 在速度和 ROM 测量方面,任何设备上的应用程序与 LT(p>0.05)之间,除了 Android 上的 ROM 测量(p<0.05)。

Bland-Altman 图没有揭示 任何系统错误,因为速度测量的平均值和差异与 LT 之间的相关性非常低(Android 上 r2 = 0.0004,iPhone 7 上 r2 = 0.1,iPhone 12 上 r2 = 0.08)。因此,每个设备的误差在整个负载-速度曲线上都是恒定的。

绘制 Bland-Altman 图以比较两个结果的差值与其平均值之间。r2 相关性高 (>0.9) 表示存在系统误差。

观察者内部可靠性

组内相关系数(ICC)显示 三者高度一致 观察者:iPhone 12 和 Android 的 Spleeft 以及平均速度测量中的 LT(ICC=0.964,CI [95%]=0.933-0.979)。Android 版和 iOS 版 Spleeft 之间没有显著差异(p>0.05)。Bland-Altman 图证实了上述结果(r2=0.005)。

对于 Apple 设备,ICC 再次显示 iPhone 12 和 iPhone 7 上的 Spleeft 与 LT 在平均速度测量上具有高度一致性(ICC=0.991,CI [95%]=0.968-0.996)。 无显著差异 发现两种设备测量结果之间存在差异(p>0.05)。Bland-Altman 图证实了上述结果(r2=0.01)。

结论

证明了 Spleeft 的有效性和可靠性,使用智能手机作为 IMU,在两个平台和设备上测量引导机器上离心-向心收缩模式下的背部深蹲执行速度,与初步比较相机测量的结果相符(文章 这里)这再次证明低端手机可以与高端手机竞争。

这些结果令人惊讶因为其他 IMU 验证研究并不认为它们是有效或可靠的(1) IMU 的验证研究认为它们是无效或可靠的,因为它们发现 ICC 较低(ICC < 0.78),Bland – Altman 图(r2 = 0.23 – 0.42)中的系统误差为 0.05 ± 0.21 m/s。然而,也有其他 IMU 被科学界认为是有效和可靠的。(2)。结果的差异并不表示科学文献中关于 IMU 是否可靠地测量执行速度缺乏一致性,而是表示有效性和可靠性本身并不完全取决于技术及其硬件。除了收集数据时的方法因素外,这些因素可能与 每个 IMU 用于滤波信号的软件和算法,消除可能的噪音,确定重复的开始和结束时间……

因此,上述数据表明 Spleeft 算法可以有效过滤来自每个手机传感器的信号 并提供了可靠且低成本的执行速度测量。

作为未来的创新和研究方向,基于所提供的数据,有必要改进 ROM 的测量,因为它存在缺陷,因为它是双重间接的,并且需要在不同的练习和其他收缩方案中使用更标准化的协议(例如 1RM 测试)进行测试。

最后,回到本文介绍中所说的内容,如果您不使用数据来改善训练,那么测量跑步速度并不是一切。这就是为什么 Spleeft 还包括使用 Z-Score 进行自我调节训练和长期监控最快重复次数的功能,因此现在您有了一个足够准确且足够容易供运动员使用的工具,您可以开始以简单的方式将这些数据整合到您的决策中。

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