不同嬰兒相同動作的活動量分析

上一節的實驗驗證了同一位嬰兒在做不同的動作時，系統確實可以分辨出其 活動量與消耗熱量的不同。然而穩定的活動量監測系統應該要能被所有嬰兒使 用，因此本節主要在於觀察不同嬰兒在執行相同動作時，本系統估計的活動量結 果是否具有一致性。

承襲上一節所述實驗影片拍攝的方式，不同的是本實驗共有二位嬰兒，分別 是 10 個月大的綺軒與 9 個月大的續恩參與此次的實驗並且互為對照組。為比較 不同嬰兒進行相同動作時活動量的一致性，因此特別挑選二位嬰兒只相差一個月 的實驗影片進行活動量分析結果比較，主要目的是希望二位嬰兒在動作發展的程 度能呈現較低的差異。特別注意，本實驗不僅嬰兒不同，所在環境也不相同，為 了讓嬰兒在各自適應的空間中自由活動，本系統也必須具備適應各種活動空間的 能力，綺軒的家中地墊較為複雜，而續恩家中的地墊則為同顏色大塊面積的巧拼 組成。

本研究規劃由四個小實驗來呈現本系統判斷二位嬰兒活動量之對照結果，每 個小實驗分別是嬰兒在不同姿態的情形下常出現的動作。本節中所有連續影像之 順序皆為由上至下且由左至右，以下圖 6.7(a) 至 6.14(a) 為二位嬰兒執行各種動 作的連續影像，而在圖 6.7(b) 至 6.14(b) 則分別顯示了整個活動過程中共 326 張 影像的 METs 變化波形圖。最後在圖 6.7(c) 至 6.14(c) 列出嬰兒的月齡、體重、

總 frame 數、平均 METs、總消耗熱量與各活動量等級占整段影片的百分比。接 著，下文中將依活動量由低至高的順序，分別分析實驗一坐姿 (僅上半身有動 作)、實驗二拱起身體 (前後左右晃動)、實驗三站姿 (練習站立時維持身體平衡) 與實驗四爬行，二位嬰兒在做各種動作時的活動量分析。

實驗一：坐姿 (僅上半身有動作)

從圖 6.7(a) 與 6.8(a) 可以看見二位嬰兒在坐著遊戲時的連續影像，手中分別 握有小玩具，在遊戲時身體不會發生位移但上半身可能出現前後左右的小幅晃 動，主要熱量消耗多半發生在玩玩具時手臂的動作。觀察圖 6.7(b) 與 6.8(b) 可以 發現，二位嬰兒活動量的波形起伏變化不大，但陸陸續續不間斷地出現上下波動 是因為手臂晃動所造成。另外，由於綺軒在遊戲過程中，身體有大幅往前傾的動

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作，因此在第 300 張影像後活動量的波形有較明顯的上升。如圖 6.7(c) 與 6.8(c) 觀 察結果所示，整體而言二位嬰兒在坐著遊戲時的平均 METs 分別為 1.33 與 1.44 相差 0.11；二位嬰兒因著體重的不同，其總消耗熱量分別為 0.35(仟卡) 與 0.3(仟 卡)僅相差 0.05(仟卡)。二位嬰兒的動作不完全相同，因此小幅的差異是可以被接 受的，另外，從活動量等級百分比所呈現的結果可以發現，二位嬰兒在進行此動 作時，活動量等級為 1 與 2 的總和百分比分別為 99.7%及 100%，可見不論嬰兒是 否為同一人，同一活動量等級的動作皆可被系統判斷出來。

實驗二：拱起身體 (前後左右晃動)

根據本研究所拍攝到的實驗影片觀察，發現嬰兒在爬行前都會有一個預備的 動作，首先會將身體拱起並且前後左右不固定的晃動身體，緊接著才會開始往某 一個方向爬行。拱起身體晃動的這段時間，身體並沒有出現位移，但整個晃動的 情形就會造成熱量的消耗。圖 6.9(a) 與 6.10(a) 分別展示了二位嬰兒在進行此動 作時的連續影像。綺軒的連續動作為左右晃動身體，中間靜止了一小段時間，因 此圖 6.9(b) 的活動量波形圖在第 4500 張影像開始 METs 值維持在 1 以下有一段 時間，其平均 METs 為 1.41；而續恩的連續動作則為左右移動手臂的位置並轉換 其欲爬行之方向。在持續動作的狀態下，如圖 6.10(b) 所示，其 METs 值幾乎維 持在 1.5 左右，並伴隨其動作大小之不同而有上下振動的現象。

二位嬰兒在平均 METs 只相差約 0.1，但平均 METs 較低者卻反而有較高的總 消耗熱量，這是因為該嬰兒的月齡較大且體重較重，因此在計算總消耗熱量時受 到嬰兒體重的影響，其活動時平均 METs 差不多的狀況下，體重較重者之總消耗 熱量會較多。另外，觀察圖 6.9(c) 與 6.10(c) 後可以發現，在整個活動的過程中，

活動量集中在第 1 至 3 等級，且都是以第 2 等級所佔的百分比最高，分別為 65.7%

與 92.9%。

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(a)

(b)

月齡 # of frames 平均 METs 總消耗熱量 活動量等級百分比 10

326 1.33 0.34572

1 2 3 4 8.64

kg 25.8% 73.9% 0.3% 0%

(c)

圖 6.7 影片 2013_11_4_1 嬰兒坐著遊戲時的活動影像範例 (a)綺軒坐著遊戲時的連續影像；(b)METs 波形圖；

(c)第 81 至 406 張 frame 間的活動量分析。

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(a)

(b)

月齡 # of frames 平均 METs 總消耗熱量 活動量等級百分比 9

326 1.44 0.3028 1 2 3 4

7kg 10.4% 89.6% 0% 0%

(c)

圖 6.8 影片 2014_1_23_15 嬰兒坐著遊戲時的活動影像範例 (a)續恩坐著遊戲時的連續影像；(b) METs 波形圖；

(c) 第 81 至 406 張 frame 間的活動量分析。

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(a)

(b)

月齡 # of frames 平均 METs 總消耗熱量 活動量等級百分比 10

326 1.41 0.36777

1 2 3 4 8.64

kg 28.8% 65.7% 5.5% 0%

(c)

圖 6.9 影片 2013_11_4_1 嬰兒拱起且晃動身體時的活動影像範例 (a)綺軒拱起且晃動身體時的連續影像；(b)METs 波形圖；

(c)第 4395 至 4720 張 frame 間的活動量分析。

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(a)

(b)

月齡 # of frames 平均 METs 總消耗熱量 活動量等級百分比 9

326 1.52 0.3202 1 2 3 4

7kg 6.8% 92.9% 0.3% 0%

(c)

圖 6.10 影片 2013_1_23_2 嬰兒拱起且晃動身體時的活動影像範例 (a)續恩拱起且晃動身體時的連續影像；(b)METs 波形圖；

(c)第 2817 至 3142 張 frame 間的活動量分析。

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實驗三：練習站立 (維持身體平衡)

上述的動作都屬於較低姿態的姿勢，而在本實驗中嬰兒已經可以學習手扶家 具站立。在開始學習站立初期，嬰兒手扶家具時身體仍會左右搖晃，直到學會在 站立時保持平衡，才會開始學著移動腳步，如圖 6.11(a) 與 6.12(a) 分別為二位嬰 兒練習站立時的連續影像。

從綺軒的連續影像中可以發現身體的平衡性還未訓練得很好，因此站立的時 間較為短暫，在連續影像的後半段就從站姿轉換為坐姿。圖 6.11(b) 的活動量波 形圖中可以看出上述的過程，先是練習平衡因此出現上上下下的波動，平衡性較 佳的狀態在圖中上下波動的幅度就會趨於平穩，且因為此時嬰兒仍不敢移動腳 步，因此整體而言也不會出現特別大的 METs 值。而在最後從站立轉換為坐姿的 這段時間，因姿態變換的關係動作幅度相對較大，所以波形圖在第 400 張影像之 後的 METs 值呈現快速的上升的現象。而續恩在 9 個月大練習站立時的平衡感較 佳，不僅單手扶家具就能站得穩，還可以在伸出另一隻手拿著玩具遊戲。從圖 6.12(b) 的活動量波形圖中可以看出，整個練習站立的過程並無特別劇烈的晃動，

只有在玩玩具時手部擺動時對 METs 值造成的上下波動。

另外，從圖 6.11(c) 以及 6.12(c) 中可以看出，續恩站立時的平衡感較佳，肢 體能隨意的動作，因此整個活動的過程中平均 METs 為 1.67，反觀還在練習平衡 的綺軒，其平均 METs 只有 1.42。而由總體消耗熱量來看，綺軒則是因為體重較 重，因此其總熱量消耗約為 0.37(仟卡) 高於續恩的 0.35(仟卡)。最後，評估整個 練習站立的過程中，所占百分比例最高的活動量等級仍維持在第 2 等級，因續恩 的動作發展程度較成熟，因此較能支配肢體各項動作，其第 2 等級的活動量百分 比為 95.4%高於綺軒的 78.5%，而第 1 等級的活動量百分比 0.6%則低於綺軒的 19.6%。

實驗四：爬行

本節的最後一項實驗動作為爬行，9 個月以後的嬰兒對於爬行這項動作已經 相當熟練，因此二位嬰兒在比較此動作時較無動作熟練度上的差別，但是爬行的 速度通常與室內的場地大小有關，綺軒家的室內空間呈橫條狀，適合橫向長距離 的爬行，而續恩家的地墊範圍則為長條狀，較適合縱向長距離的爬行，如圖 6.13(a) 與 6.14(a) 所示為二位嬰兒爬行時的連續影像。相較之下整個室內空間中續恩能

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爬行之距離會小於綺軒能爬行之距離，因此本實驗特別擷取二位嬰兒的爬行距離 相差較小之連續影像。

觀察圖 6.13(b) 與 6.14(b) 的活動量波形圖可以發現，整體 METs 值都比前述 幾種動作還高，而綺軒在爬行時速度逐漸加快，然後又漸漸變慢，最後停在原地 擺動身體。擺動身體時的 METs 值較低且趨於平緩，如圖中第 1010 張影像開始直 到第 1060 張影像時才又及續往前爬行。然而再次爬行時遇上鏡頭移動，導致在 第 1070 張影像直到第 1090 張影像時系統判斷的 METs 值普遍較高，此乃鏡頭移 動時系統判斷之些微誤差。而續恩的爬行時有一度抬頭觀看上方，接著又繼續往 前爬行，爬行的過程中仍遇到鏡頭移動，但鏡頭上下移動的距離極短，因此影響 METs 值判斷的時間也相對短暫，從其活動量波形圖上並未發現有任何突兀的 METs 值。除上述的特殊狀況外，二位嬰兒的活動量波形圖中皆會出現上下波動 的情形，此情形乃是受到嬰兒爬行時，各分解動作的強度並不相同而導致。

另外，從圖 6.13(c) 以及 6.14(c) 中可以看出，爬行時整個嬰兒的位移量大，

因此平均 METs 皆高達 2.0 以上，綺軒與續恩的平均 METs 分別為 2.06 與 2.02。

而在平均 METs 相差不大的狀況下綺軒的體重高於續恩，因此系統在計算總消耗 熱量時，綺軒的總消耗熱量約為 0.54(仟卡) 高於續恩的 0.42(仟卡)。最後，評估 二位嬰兒在整個爬行的過程中，所占百分比例較高的活動量等級皆分布在第 2、

第 3 及第 4 活動量等級。續恩在爬行的過程中並無靜止的情形因此活動量等級為 1 的動作占整個活動過程的 0%。

綜上所述，本節的四個實驗皆證實了本系統可以監測不同嬰兒的活動量。即 使室內環境不同、動作發展的狀況不同、月齡大小也有些微差異的狀況下，本系 統皆能分辨出各種動作的活動量等級與活動過程中的 METs 值，並依照不同嬰兒 的體重，估計出整個活動過程中的總消耗熱量。

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(a)

(b)

月齡 # of frames 平均 METs 總消耗熱量 活動量等級百分比 10

326 1.42 0.36977

1 2 3 4 8.64

kg 19.6% 78.5% 1.9% 0%

(c)

圖 6.11 影片 2013_11_4_13 嬰兒練習站立時的活動影像範例 (a)綺軒練習站立時的連續影像；(b)METs 波形圖；

(c)第 81 至 406 張 frame 間的活動量分析。

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(a)

(b)

月齡 # of frames 平均 METs 總消耗熱量 活動量等級百分比 9

326 1.67 0.35181 1 2 3 4

7kg 0.6% 95.4% 4% 0%

(c)

圖 6.12 影片 2014_1_23_16 嬰兒練習站立時的活動影像範例

圖 6.12 影片 2014_1_23_16 嬰兒練習站立時的活動影像範例