第貳章 文獻探討
近年來國民健康意識抬頭，運動風氣大幅提升，加上台灣電子產業興盛，穿戴式裝 置也日趨成熟，開啟運動族群在運動過程中穿戴身體活動量計量測身體活動量的概念。
身體活動量對人類健康的益處已經廣為認可 (US Department of Health and Human Service, 1996)。其中電子式監測器 (心跳率、計步器、加速規)，提供方便、可信又準確 的評估方式有助於量化身體活動及能量消耗 (Laporte et al., 1985)。因為近年來微電子科 技的進步，硬體突破許多過去限制，輕巧可長時間攜帶並隨時蒐集資料等優勢，讓加速 規廣泛被應用在身體活動量的測量上 (相子元、石又、何金山，2012; Butte, Ekelund, &
Westererp, 2012; Chen, Janz, Zhu, & Brychta, 2012)。
文獻探討分為兩部分呈現：一、加速規推估身體活動量之運算方式。二、身體加速 度分別與行進速度、心跳儲備率之關係。
第一節 加速規推估身體活動量之運算方式
過去有許多文獻指出利用加速規推估日常生活與運動時的身體活動量是可行的。
Mejier 等人 (1989) 在靜坐、坐姿下寫字、坐站交替、跑步機速度 3-7 km/hr 步行等活 動下，發現坐姿下的腰部加速度各軸向積分值、步行的前後軸積分值分別與攝氧量呈線 性關係 (r=.82、.96)。Haymes 等人 (1993) 在跑步機速度 2-5 mile/hr 步行、4-8 mile/hr 跑等測試下，發現髖關節加速度 (count、卡路里) 在走路時與攝氧量達高度相關 (r=.87、.91)，跑步時的相關度則降低 (r=.71、.29)。Welk 等人 (2000) 在跑步機速度 4.8 km/hr 走、6.4 km/hr 快走、9.6 km/hr 跑、做家事及園藝等活動下，發現髖關節合加速度 平均 (Tritrac-R3D) 與攝氧量在跑步機上的相關 (R=.92) 高於家事及園藝 (R=.59)。
Strath 等人 (2001) 男女性分別在跑步機上步行 4 km/hr、5.6 km/hr 各 3 分鐘，每 3 分鐘 再增加 2%坡度直到耗竭或達 80-85%的最大心率、戶外活動 15 分鐘 (家事、園藝、慢 走、快走、上樓梯等)，發現髖關節加速度 (count) 與心率分別與攝氧量達線性相關
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(R=.536、.667)。McGregor 等人 (2009) 招募專業與業餘跑者在跑步機起始速度 2 km/hr 做測試，每 2 分鐘增加 2 km/hr 直到耗竭，發現專業或業餘跑者的腰部合加速度與攝氧 量皆呈高度相關 (R=.90、.85)，但業餘跑者略差。D'silva 等人 (2015) 在跑步機起始速 度 3 km/hr 做測試，每 3 分鐘增加速度 1 km/hr 直到耗竭，發現走跑過程的下背合加速度 與攝氧量呈線性相關 (R=.45、.60)。
另外，有文獻利用 ActiGraph、Gulfcoast、Hookie 三種身體活動量計，分別在靜態 活動 (平躺床、靜坐、坐姿下用電腦、靜站、站著移動桌上 1 公斤物品) 及動態活動 (慢 走、舒適速度走、快走、舒適速度跑、快跑)下測試，發現腰部的三種身體活動量計 (Count) 皆與心跳達高度相關 (r=.95、.962、.972)，但在跑步時所偵測到數值三者皆不同 (Vähä‐
Ypyä, Vasankari, Husu, Suni, & Sievänen, 2015)。此作者在後續研究中，發現合加速度利 用 MAD (Mean Amplitude Deviation ) 演算方式運算後，不論在成年人或青少年族群皆與 心跳、攝氧量達高度相關， MAD 是算取單位時間內合加速度與平均加速度之間的絕對 差異，並在計算過程中濾掉靜止不動時的重力加速度值，相對只考慮到動態動作下的資 料，因此利用 MAD 分析原始加速規訊號以辨別不同強度的身體活動量也是可行的 (Aittasalo et al., 2015; Vähä-Ypyä et al., 2015)。
由上述文獻可知 (表 2.1)，利用加速規推估行走或跑步時的身體活動量，分別與攝 氧量、心跳皆達高度相關，因此利用加速規與心跳、攝氧量之相關性來推估身體活動量 是可行的，但加速度運算方式多樣，其中三軸加速規是目前國際上較常被拿來使用且被 認為有其精準性的身體活動檢測儀器，而市面上常見利用三軸加速規製成長時間攜帶式 的身體活動量計，如：RT3 (Stayhealthy, Inc., Monrovia, USA) 和 ActiGraph (GT1M, Fort Walton Beach, USA)，近年來這些身體活動量計大多是以計數 (Count) 為測量方式，並 提供總能量消耗的結果 (卡路里)。然而每篇研究和每個身體活動量計取得計數 (Count) 的方式不盡相同。計數 (Count) 來自加速規原始訊號的再運算，常見方式有單位時間內 超過某閾值的峰值次數與峰值數值、單位時間內的活動強度累積 (積分值)。預設閾值的 方式，當加速規原始訊號超過設定好的閾值後，就代表著動作產生，而最後的數據是以 加速規訊號超過此閾值的次數作為最後計數的結果，即為單位時間內的次數；另一種方
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也會產生不同的計數值 (Crouter, James R, & Bassett Jr, 2006; Rothnry, Schaefer, Neumann, Choi, & Chen, 2008; Kozey, Lyden, Howe, Staudenmayer, & Freedson, 2010; Staudenmayer, Zhu, & Catellier, 2012; Marschollek, 2013)。因為加速規原始訊號再運算的方式不同，造 成計數 (Count) 的結果有所差異，由此可知加速規的運算方式目前尚未有特定標準，運
10 1983; Waters et al., 1988)，甚至在腦性麻痺孩童身上也同樣情形 (Rose et al., 1989)。Rose,
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Gamble, Lee, Lee, 與 Haskell (1991) 在平地及跑步機上進行不同速度下的步行測試，平 地分為舒適速度走、較快或較慢於舒適速度下的走，跑步機上為速度 1.29 到 7.88 km/hr 下行走，發現不論哪個場域，心率皆隨著走路速度增加而增加，並呈線性關係。Bailey 與 Ratcliffe (1995) 在跑步機上進行舒適速度下走路測試，發現不同時間收取的心率 (初 始一分鐘、最後一分鐘、運動後) 也與速度達線性相關。Fudge 等人 (2007) 在跑步機上 進行連續測試，步行速度 (3、5、7 km/hr) 和跑步速度 (8、10、12、14、16、18 km/hr) 各 3 分鐘，跑步過程中，在各速度之間以速度 4 km/hr 走 3 到 5 分鐘做為緩衝，速度增 加至耗竭為止，發現在走路和跑步過程的心率和速度皆呈線性關係 (r=.664、.644)，但 髖關節垂直軸向加速度 (CSA、ActiGraph) 分別在速度 10-12 km/hr 及 14-16 km/hr 時達 平 原 現 象 ， 而 其 中 髖 關 節 的 合 加 速 度 (3dNX) 在 走 跑 過 程 與 速 度 呈 線 性 關 係 (r=.960、.892)。Brage 等人 (2003) 在跑步機與戶外進行連續測試，跑步機在步行速度 (3、
6 km/hr) 和跑步速度 (8、9、10、12、14、16、18、20 km/hr) 各 5 分鐘進行，速度增加 至耗竭為止，戶外的速度則是在 3-14 km/hr 下進行，發現兩個場域下的心率與行進速度 皆呈線性關係，跑步機上的相關度更佳 (R=.88)，而腰部加速度 (Count) 與行進速度在 速度 9 km/hr 前為線性相關 (R=.92)，但之後加速度達平原現象。
綜合以上文獻可知 (表 2.2)，跑步機上走跑時的速度與心率呈線性關係，隨著行進 速度增加，心率也呈線性增加，因此認為心率、速度可拿來當作能量消耗的重要指標之 一 (Stallard et al, 1978;1980)。身體加速度與速度之間的關係在步行過程已證實與速度為 線性關係，隨步行速度增加，身體加速度也隨之增加；跑步過程的身體垂直軸向加速度，
在行進速度超過 10-12 km/hr 及 14-16 km/hr 時達平原現象，而身體合加速度則隨速度增 加呈線性上升，是否因為加速規範圍太小或運算方式造成此結果，其原因尚未明確，由 此可知跑步速度與身體加速度之間的關係尚未明朗化。過去文獻多為速度漸進式增加，
連續進行至耗竭，根據過去文獻指出，行進過程運動強度 (速度) 增加，心率會隨之漸 增至穩定，因此心率與速度呈線性正關係 (黃苹苹、王顯智，2005)，但反之在速度非漸 進式增加且間斷 (休息至站立休息心率) 時，身體加速度與行進速度、心率之關係為何，
目前尚未明確。
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第三節 相關文獻探討總結
綜合上述所有文獻可知，以心率、攝氧量為校標，利用髖關節或腰部加速度推估身 體活動量具有一定信效度，但上述文獻所運用的加速度運算法，包含計數 (Count)、積 分值、合加速度、卡路里等，運算方法多樣；心率經常作為運動員在監測運動強度之生 理指標 (Andrew et al., 2013)，步行和跑步時的速度與心率皆達線性關係，可得知速度也 可作為監測運動強度指標之一。走路時的身體加速度目前也已證實與速度具有高度相關，
但在跑步時的身體加速度則未明確。過去文獻多為速度漸進式增加，連續進行至耗竭，
但反之在速度非漸進式增加且間斷 (休息至站立休息心率) 時，身體加速度與行進速度、
心率之關係為何，目前尚未明確。因此本篇研究目的希望在走跑速度為非漸進式增加且 不連續時，藉以探討身體加速度分別與速度、心跳儲備率之相關性，證實：（一）不同 速度走跑，身體加速度與行進速度、心跳儲備率之關係為何。(二) 不同速度走跑，比較 身體加速度運算方式何者為佳。
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第參章 研究方法
第一節 實驗參與者
招募 19 名一般健康男性為實驗參與者，基本資料 (年齡 22.5±3.0 歲、身高 176.9±
6.0 公分、體重 69.1±7.1 公斤、平躺安靜心率 66.4±6.6 下/分鐘)。所有參與者在參與實 驗的近六個月內，皆無下肢神經、肌肉、骨骼、肌腱、韌帶和心血管方面的疾病，並 且擁有從事一般有氧活動的心肺能力，也可以適應在跑步機上跑步，每周運動 2 到 3 次，每次至少 30 分鐘。在每位參與者參與本實驗之前，予以告知及說明研究內容、步 驟及注意事項，之後詳閱參與者須知，瞭解實驗內容後簽署參與者同意書，同意參與 本實驗。
第二節 實驗設備
一、 Magtonic MAG-7310 (Tainan, Taiwan.) 跑步機
本實驗使用的跑步機，為台灣台南出產的跑步機，可作為復健用，為了使用上安全，
跑道長達 60 英吋，並設有緊急按鈕。跑步機的速度為每小時 0 到 13.6 英哩，可承受 450 磅體重，坡度可從百分之 0 到 25。跑步機 181.4 公斤重，馬達 3.0 匹馬力，可自行對速 度和坡度做校正。
二、 Biopac MP150 生理訊號擷取器
此為電腦化多功能生理訊號擷取紀錄器，提供高解析度 (16 位元)，類比及計算不 同之取樣率，16 個類比輸入以及 2 個類比輸出，數位輸入/輸出 (自動控制其他 TTL 電 平設備) 及 16 個即時計算頻道。本研究使用軟體 AcqKnowledge 4.1 進行實驗所得類比 訊號分析及運算。
三、 加速規
本研究使用一個由 CROSSBOW 公司所生產的三軸加速規，型號為 CXL50LP3，
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加速度範圍為 ±25 g。
四、 心率錶
本研究使用 POLAR 公司所生產的心率錶，型號為 S625X，這是以跑步為主的心 率錶，可透過 IrDA 紅外線傳輸的方式將跑步的相關資料 (跑步時間、跑步距離、心跳 變化、總消耗卡路里) 傳輸至電腦。並可以預先透過 Polar 個人優化訓練功能，規劃多 組訓練內容，達到目標強度與適合的間歇時間，讓使用者的訓練與競賽更有效率。本研 究使用軟體 Polar ProTrainer 5 進行實驗所得心跳與時間之運算。
第三節 實驗步驟
先告知實驗參與者實驗流程，並為參與者解釋實驗所有流程，在徵得參與者同意後，
讓參與者填寫基本資料。
一、 校對各項儀器：
(一) 跑步機速度
量出電動跑步機之跑帶長度後，在跑帶上用粉筆畫一條直線，透過單位時間內跑 帶繞的圈數來推算螢幕顯示之速度是否有誤差，並進行調整。
(二) Polar S625X 心率錶
讓參與者全身平躺放鬆，閉上雙眼且不對談靜待五分鐘，第五分鐘過後使用心率
讓參與者全身平躺放鬆，閉上雙眼且不對談靜待五分鐘，第五分鐘過後使用心率