國立臺灣體育運動大學
National Taiwan University of Physical Education and Sport
體育研究所碩士學位論文
高精密三軸加速規之能量預測以角力選手為例
High Precision Triaxial Accelerometers Energy Forecast
Wrestling Players, National Taiwan University of Physical
Education and Sport
研 究 生 ： 施 錫 麟 撰
指 導 教 授 ： 陳 裕 鏞 博 士
協 同 指 導 ： 謝 坤 昌 博 士
論文名稱：高精密三軸加速規之能量預測以角力選手為例 總頁數：69 頁 院校組別：國立台中體育運動大學體育研究所自然科學組 畢業時間即提要別：101 學年第 2 學期碩士學位論文題要 研究生：施錫麟 指導教授：陳裕鏞 博士
中文摘要
本實驗藉靈敏度 g/1333 為 1count 單位、測量計錄頻率為 0.005～50Hz 之高精 密三軸加速規於角力選手執行靜坐、走路、慢跑、快跑等身體活動，以頻率 20.Hz 精確計錄身體活動於三軸產生之加速情況。算得身體活動之能量消耗設為自變 項，同時與效標呼吸儀測得之能量消耗定為依變項，求得皮爾森相關係數（Pearson correlation）之實驗設計；結果顯示高精密三軸加速規與呼吸儀之 R 平方＝.924, 估 計標準誤（SEE）＝.084,P < .05 達顯著水準。並與呼吸儀測得之代謝當量（MET） 依線性回歸統計得能量消耗預測方程式 METs= .055counts/分＋ .240；之前學者研 究步頻、體重將是影響能量消耗之因子之一，本實驗首度將步頻依多重回歸之統 計，步頻取加速規計錄身體活動之垂直軸之十秒算出步頻，得能量消耗預測方程式 METs＝13.137 count/min＋1.371Sf－3.120，Sf 為步頻（步/秒），估計標準誤（SEE）
＝1.302，F（2,7）＝140.815，P＝.000 呈顯著差異，更高之 R 平方＝.943,較簡單 線性回歸多解釋變異數 2%；不過，體重的多重線性回歸中在本實驗之統計結果並 未達顯著標準，故本實驗在角力選手之能量預測方程式中不納入體重因子。結論： 本實驗之樣本只針對角力選手完成實驗設計之身體活動，的確，高精密三軸加速 規與呼吸儀具有相當高之統計關係，試值得信賴之能量消耗評估工具之一；希望 能量預測方程式，對之後研究有相當大的助益。 關鍵字：高精密三軸加速規、身體活動、能量消耗、角力選手
Shih,Hsi-Lin（2012）. High precision triaxial accelerometers energy forecast wrestling
1
players,National Taiwan University of Physical Sport 2
3
Abstract
4
The experiments by sensitivity g/1333 for 1count unit, the gauge recorded a frequency 5
of 0.005 ~ 50Hz high-precision three-axis accelerometers wrestling players perform 6
sit-ins, walk, jog, run physical activity frequency 20.Hz accurate count recorded of 7
physical activity accelerated in triaxial generated. Regarded physical activity energy 8
consumption is set to the independent variable, while respirometer measured criterion of 9
energy consumption as the dependent variable, obtained Pearson correlation coefficients 10
（Pearson correlation） experimental design; results show that high-precision three-axis 11
accelerometer regulation respirometer R-squared = .924, the estimated standard error 12
（SEE） = .084, P <.05 significant level. And breathing instrument measured the 13
metabolic equivalent （ MET） is obtained by linear regression statistics energy 14
consumption prediction equation METs = .055 counts / min + .240; before the scholars 15
stride frequency, weight will be one of the factors that affect energy consumption, this 16
experiment the first step frequency step frequency to take physical activity 17
accelerometer count recorded ten seconds of the vertical axis calculated by multiple 18
regression statistics, step frequency, in energy consumption prediction equation METs = 19
13.137 count / min +1.371 Sf-3.120, Sf steps frequency （step / sec）, the estimated 20
standard error （SEE） = 1.302, F （2,7） = 140.815, P = .000 was a significant 21
difference, the higher the R-squared = .943, relatively simple linear regression model 22
explained variance the number of 2%; However, the weight of multiple linear regression, 23
the statistical results of this experiment did not reach significant standard in the 24
experiment are not included in the weight factor in the the wrestling athletes' energy 25
prediction equation. Conclusion: In this study, samples only for wrestling players to 26
complete the experimental design of physical activity, indeed, high precision triaxial 27
accelerometers and breathing instrument has a very high statistical relationship trial 28
worthy of the trust of the energy consumption assessment tools; hope the energy 29
prediction equation after study quite helpful. 30
31
Keywords: high-precision three-axis accelerometer, physical activity, energy 32
consumption, wrestling athletes 33
謝誌
只為不想蹉跎時光，於不惑之年重拾一本本厚重課本，沒想到記憶力已不復 往昔，總是念完後面章節卻忘記前面章節，記得考試當日，走入學校縱眼周遭莘 莘學子，盡皆青年才俊，念的參考書又多補習班的講義；爾獨我拿出是整年伴我 度過無數晨昏的厚重課本，頓時，壓力舖天捲地而至，倒吸一口氣，重新擦亮二 十幾年來荒蕪的戰鬥力，終於，幸運地錄取體育研究所。在研究所的日子裡，發 現我的指導教授陳裕鏞博士在無遠弗屆的學術上處處可看到他令人肅然起敬的努 力，孜孜教誨我們研究之真諦，課程中對主題必引經據典，提出事實之舉證，讓 駑鈍的我潛移默化、如沐春風知道做為學者必須多讀書，說的話是有憑有據 不致空口說白話，研究不正是如此嗎！謝坤昌老師在本次論文中適時、不厭其煩 地給了我許多關鍵性的指導、建議與解釋，讓我寫作過程得以順利，真是衷心感 謝。另劉總經理虣虣、勞委會陳組長志勇、呂學冠博士不吝指教與建議，令本人 受益良，更加融會貫通，對於缺失的改進、交代不清處也都一一指出，為文章的 深入性潤飾不少，真是良師益友。研究室的學長陳柏州、同學哲宇與永檉於實驗 與寫作之過程都極力幫忙，在茫然、煎熬的過程中宛然明燈乍現，同儕之愛表露 無遺，點點滴滴常駐心頭，使志不敢忘。此時此刻，除了感謝師長、同學，還要 感謝家人的支持，讓我無後顧之憂，勇往直前，謝謝！ 施錫麟 謹識 中華民國 101 年 8 月目錄
中文摘要 ... I Abstract ... II 謝誌 ... III 目錄 ... IV 表目錄 ... VI 圖目錄 ... VII 第壹章 緒論 ... 1 第一節 研究背景 ... 1 第二節 研究動機 ... 3 第三節 研究目的 ... 8 第四節 研究假設 ... 9 第五節 研究範圍與限制 ... 9 第六節 預期結果 ... 10 第七節 解釋名詞 ... 11 第貳章 文獻探討 ... 12 第一節 身體活動與能量消耗之關係 ... 12 第二節 身體能量消耗測量方法 ... 14 第三節 加速規在身體活動運用研究 ... 17 第四節 加速規與能量消耗之研究 ... 20 第叁章 研究方法 ... 23 第一節 研究架構 ... 23 第二節 研究步驟 ... 23 第三節 研究對象 ... 25 第四節 實驗地點與時間 ... 25第五節 實驗儀器與設備 ... 25 第六節 實驗流程與步驟 ... 27 第七節資料處以與分析 ... 28 第肆章 結果與討論 ... 29 第一節 受測者基本資料描述性統計 ... 29 第二節 高精密三軸加速規（vector magnitude）與呼吸儀之實驗結果與討論 ... 29 第三節 呼吸儀總能量消耗與高精密加速規三軸向量大小之回歸關係 ... 35 第四節 呼吸儀總能量消耗與高精密加速規三軸間之關係與討論 ... 36 第五節 呼吸儀總能量消耗與高精密加速規三軸向量大小、步頻之回歸關係 ... 42 第六節 呼吸儀總能量消耗與高精密加速規三軸向量大小、步頻、體重之回歸 關係 ... 45 第七節 呼吸儀總能量消耗與高精密加速規 R 值之結果與討論 ... 47 第伍章 結論與未來研究方向 ... 48 第一節 結論 ... 48 第二節 研究限制 ... 48 第三節 未來研究方向 ... 49 參考文獻 ... 51
表目錄
表 4-1 受測者基本資料之描述性統計 ... 29 表 4-2 呼吸儀與高精密三軸加速規之相關 ... 30 表 4-3 呼吸儀與高精密三軸加速規之相關 ... 31 表 4-4 呼吸儀與高精密三軸加速規之相關 ... 34 表 4-5 呼吸儀與高精密三軸加速規之相關模式 ... 34 表 4-6 呼吸儀與高精密三軸加速規之回歸模式 ... 34 表 4-7 呼吸儀與高精密三軸加速規 X 軸之實驗數據 ... 39 表 4-8 呼吸儀與差分三軸加速規 Y 軸之實驗數據 ... 40 表 4-9 呼吸儀與差分三軸加速規 Z 軸之實驗數據 ... 41 表 4-10 MET、count/分、步頻之相關 ... 44 表 4-11 MET、count/分、步頻之回歸模式 ... 44 表 4-12 MET、count/分、步頻之回歸模式摘要 ... 45 表 4-13 MET、count/分、步頻、體重之相關 ... 46 表 4-14 MET、count/分、步頻、體重之回歸模式 ... 47圖目錄
圖 1-1 高精密三軸加速規 ... 11 圖 3-1 高精密三軸加速規硬體規格 ... 26 圖 4-1 EE/kg，高精密三軸加速規 counts 之回歸分佈圖 ... 30 圖 4-2 呼吸儀能量消耗（TEE），高精密三軸加速規 counts 之線性回歸分佈圖 .. 31 圖 4-3 MET 與 counts/分（百萬）之線性回歸分佈圖 ... 36 圖 4-4 MET，X 軸回歸散布圖 ... 40 圖 4-5 MET，Y 軸回歸散布圖 ... 41 圖 4-6 MET，Z 軸回歸散布 ... 42 圖 4-7 加速規中垂直軸所計錄 sub1 慢跑之步頻 ... 43第 壹 章 緒 論
第 一 節 研 究 背 景
加 速 規 目 前 已 經 是 廣 泛 、 相 當 受 歡 迎 ， 使 用 於 計 錄 身 體 活 動 並 藉 以 精 確 估 算 能 量 消 耗 的 工 具 之 一 ， 併 藉 由 加 速 規 的 介 入 改 善 生 活 之 型 態 、 提 供 身 體 活 動 直 接 、 量 化 證 據 ， 改 善 一 些 久 坐 生 活 導 致 的 慢 性 疾 病 如 肥 胖 及 第 二 型 糖 尿 病 等 。 研 究 中 指 出 肥 胖 始 肇 於 能 量 攝 取 量 多 於 消 耗 量 ， 為 證 實 前 述 ， 學 者 研 究 取 樣 自 兩 個 不 同 區 域 ， 墨 西 哥 、 美 國 之 同 族 皮 馬 族 印 第 安 人 做 比 較 ， 因 美 國 皮 馬 族 印 第 安 人 平 均 體 重 高 於 居 住 在 墨 西 哥 皮 馬 族 印 第 安 人 ， 結 果 顯 示 ： 二 區 域 身 體 活 動 程 度 （ PA L ）（ 1 . 9 7 + / - 0 . 3 4 v s 1 . 5 7 + / - 0 . 1 6 , P < 0 . 0 0 0 1 ） 而 其 調 整 體 重 的 活 動 能 量 消 耗 （ A E E ） 是 （ 1 2 4 3 + / - 4 1 5 v s 7 1 1 + / - 4 1 5 k c a l / d a y, P < 0 . 0 0 0 1 ）。 上 述 結 果 顯 示 同 族 人 於 不 同 居 住 環 境 、 從 事 不 同 經 濟 活 動 、 身 體 活 動 程 度 明 顯 不 同 ， 能 量 消 耗 亦 明 顯 不 同 ； 更 重 要 地 是 身 體 活 動 程 度 是 預 防 肥 胖 的 重 要 角 色 之 一 ( E s p a r z a e t a l . , 2 0 0 0 ) 。 加 速 規 與 能 量 消 耗 之 間 的 關 係 則 是 使 用 加 速 規 計 錄 身 體 活 動 中 身 體 在 三 軸 產 生 之 加 速 度 計 算 身 體 活 動 數 目 （ c o u n t s ） 再 利 用 回 歸 方 程 式 ， 計 算 能 量 之 消 耗 。 如 學 者 利 用 R T 3 三 軸 加 速 規 測 量 小 朋 友 走 、 跑 的 能 量 消 耗 ， 同 時 利 用 心 跳 監 視 器 作 為 能 量 消 耗 的 效 標 ， 採 5 2 位 平 均 年 齡 1 2 . 2 歲 的 志 願 者 於 跑 步 機 上 水 平 和 坡 度 （ 0 % g r a d e a n d 6 % g r a d e ） 以 4 公 里 ／ 小 時 和 6 公 里 的 速 度 行 走 ， 另 在 水 平 8 公 里 ／ 小 時 的 速 度 跑 步 ； 能 量 消 耗 與 攝 氧 量 以 標 準 方 法 算 得 之 ， 結 果 ： R T 3 的 數 目 （ c o u n t s ） 預 測 的 能 量 消 耗 ， 指 出 跑 步 機 各 速 度 走 、 跑 的 能 量 消 耗 比 平 地 明 顯 地 不 同 （ P <0 . 0 1 ）， 走 在 水 平 和 坡 度 之 間 能 量 消 耗 並 無 明 顯 差 異 ， 而 加 速 規 的 估 計 值 與 非 直 接 卡 洛 里 計 計 錄 值 有 中 、 高 強 度 的 相 關 性 （ r = 0 . 6 3 3 ～ 0 . 8 5 0 , P < 0 . 0 1 ）。 所 以 ， R T 3 三 軸 加 速 規 是 計 錄 小 朋 友 測 量 走 、 跑 能 量 消 耗 有 用 、 有 效 的 工 具 ( K a v o u r a s , S a r r a s , Ts e k o u r a s , & S i d o s s i s , 2 0 0 8 ) 。 加 速 規 的 應 用 不 只 對 日 常 身 體 活 動 程 度 作 精 確 的 計 錄 及 量 化 ， 且 是 能 量 消 耗 的 精 確 預 測 工 具 。 同 時 在 臨 床 上 也 作 過 相 當 多 的 研 究 與 運 用 如 使 用 加 速 規 靈 敏 收 集 小 動 作 來 與 正 常 動 作 比 較 ， 如 測 定 呼 吸 暫 停 綜 合 症 狀 在 呼 吸 動 作 有 額 外 使 用 一 些 肌 肉 或 增 加 一 些 不 正 常 的 動 作 且 同 時 偵 測 心 跳 心 跳 變 異 , 交 感 、 副 交 感 、 壓 力 器 反 射 、 呼 吸 節 律 如 此 簡 單 方 法 提 供 診 斷 睡 眠 呼 吸 中 止 症 或 其 他 呼 吸 疾 病 ( M o r i l l o , O j e d a , F o i x , R e n d o n , & L e o n , 2 0 0 7 ) 。 臨 床 也 對 平 衡 作 研 究 ， 如 跌 倒 是 老 年 人 最 常 見 的 意 外 且 最 常 發 生 的 地 點 就 在 家 裡 ， 也 因 為 跌 倒 而 造 成 疼 痛 或 骨 質 疏 鬆 易 骨 折 造 成 日 常 活 動 無 法 自 己 獨 立 ， 或 需 忍 受 開 刀 的 壓 力 ， 甚 至 完 全 臥 床 ， 死 亡 。 診 斷 、 治 療 跌 倒 者 須 精 確 評 估 平 衡 的 生 理 參 數 的 工 具 ， 臨 床 上 具 有 效 度 的 工 具 如 柏 格 平 衡 表 （ B e r g B a l a n c e S c a l e （ B B S ） ） 和 計 時 起 走 測 驗 （ T i m e d U p a n d G o t e s t （ T U G ） ） 然 而 B B S 傾 向 主 觀 判 斷 而 T U G 雖 量 化 但 也 須 主 觀 做 平 衡 測 試 ， 其 他 量 化 的 設 備 卻 都 非 常 昂 貴 老 舊 設 備 ； 計 算 重 心 的 加 速 則 相 當 便 宜 、 輕 便 ， 裝 在 身 體 加 速 規 正 式 解 決 此 問 題 的 適 當 設 備 。 所 以 ， 學 者 嘗 試 1 . 訂 出 加 速 規 與 臨 床 上 量 表 的 關 係 ， 2 . 進 行 更 有 挑 戰 性 平 衡 測 驗 ， 3 . 訂 出 跌 倒 者 與 非 跌 倒 者 間 加 速 型 態 。 實 驗 設 計 ： 將 三 軸 加 速 規
固 定 在 第 三 腰 椎 計 算 軀 幹 的 加 速 在 四 個 情 境 下 : 站 立 無 扶 持 張 眼（ E O ）， 閉 眼（ E C ）， 墊 上 張 眼（ M A T E O ）， 閉 眼（ M A T E C ） ； 採 樣 本 數 2 1 位 平 均 7 8 歲 接 受 日 間 照 護 之 老 年 人 ， 依 跌 倒 史 分 為 跌 倒 者 ， 非 跌 倒 者 ， 分 析 加 速 規 平 均 平 方 根（ r o o t m e a n s q u a r e （ R M S ） ） 與 B B S 和 T U G 之 查 爾 斯 皮 爾 曼 相 關 係 數 （ S p e a r m a n ' s r a n k c o r r e l a t i o n ） ， 跌 倒 與 非 跌 倒 間 的 不 同 用 t 檢 定 。 結 果 ： 工 作 複 雜 性 增 加 隨 而 增 加 加 速 規 平 均 平 方 根 ， 發 現 加 速 規 很 容 易 區 別 各 種 測 試 特 別 是 E O 與 E C （ P < . 0 0 5 ） ， M A T E O 的 加 速 數 據 和 B B S 數 據 有 負 相 關 （ P = － 0 . 8 2 9 , P < . 0 0 1 ） 而 與 T U G 呈 正 相 關 （ r = 0 . 6 2 1 , P < 0 . 0 1 ） 另 分 析 加 速 平 均 平 方 根 （ r o o t m e a n s q u a r e （ R M S ） ） 在 跌 倒 者 與 非 跌 到 者 有 明 顯 不 同 （ P < 0 . 0 1 1 ） 。 加 速 規 對 老 人 家 平 衡 測 驗 是 具 效 度 、 量 化 之 工 具 ( O ' S u l l i v a n , B l a k e , C u n n i n g h a m , B o y l e , & F i n u c a n e , 2 0 0 9 ) 。 如 上 述 ， 三 軸 加 速 規 不 只 可 精 確 的 計 錄 身 體 活 動 程 度 ， 並 預 測 能 量 消 耗 ， 作 為 久 坐 生 活 型 態 者 防 止 肥 胖 、 心 血 管 疾 病 及 第 二 型 糖 尿 病 的 發 生 ， 更 在 臨 床 上 運 用 於 睡 眠 品 質 偵 測 、 平 衡 的 訓 練 工 具 。 所 以 ， 加 速 規 的 研 究 愈 來 愈 多 、 運 用 隨 之 愈 深 愈 廣 。
第 二 節 研 究 動 機
對 於 人 類 於 自 然 環 境 中 身 體 能 量 總 消 耗 ， 包 含 基 礎 能 量 代 謝 、 身 體 活 動 消 耗 能 量 ， 也 就 是 說 身 體 總 能 量 消 耗 （ T E E ） = 內 在 功 （ i n t e r n a l w o r k ） ＋ 外 顯 功 （ e x t e r n a l w o r k ） 要 測 得能 量 總 消 耗 最 佳 的 辦 法 就 是 直 接 卡 洛 里 計 ， 再 者 是 非 直 接 卡 洛 里 計 ， 或 非 直 接 的 計 算 方 法 ， 其 中 以 直 接 卡 洛 里 計 方 法 最 為 精 確 、 最 具 信 效 度 ； 但 是 造 價 不 祇 、 測 量 方 式 不 夠 方 便 與 自 然 ， 況 需 要 較 長 期 或 大 量 測 身 體 總 活 動 能 量 消 耗 則 更 是 不 方 便 ， 如 果 只 需 測 量 身 體 活 動 之 能 量 消 耗 即 外 顯 功 則 端 賴 以 下 之 工 具 。 茲 將 身 體 活 動 能 量 消 耗 之 工 具 及 比 較 介 紹 如 下 ： 一 、 自 我 身 體 活 動 問 卷 （ s e l f r e p o r t p h y s i c a l a c t i v i t y q u e s t i o n n a i r e ）： 身 體 活 動 問 卷 提 供 各 區 域 身 體 活 動 之 頻 率 、 時 間 （ d u r a t i o n ）、 強 度 、 模 式 ， 如 居 家 活 動 、 休 閒 、 職 業 、 運 輸 等 ， 但 區 域 或 模 式 間 並 無 法 如 加 速 規 或 心 跳 監 視 器 可 客 觀 計 算 身 體 活 動 。 其 主 要 目 的 是 從 事 各 種 身 體 活 動 的 時 間 ， 次 要 目 的 依 自 行 報 告 活 動 強 度 或 型 式 推 測 其 能 量 消 耗 。 所 以 身 體 活 動 問 卷 不 能 有 效 得 到 能 量 消 耗 或 極 少 效 度 對 於 個 別 到 團 體 之 身 體 活 動 加 以 分 級 。 另 提 醒 問 卷 之 使 用 對 於 各 年 齡 層 有 所 不 同 ； 而 問 卷 最 佳 的 好 處 是 經 濟 、 容 易 使 用 。 而 且 有 學 者 研 究 十 種 常 用 身 體 活 動 問 卷 之 信 效 度，採 7 8 位 2 5 - 5 9 歲 極 少 運 動 習 慣 之 男 女 性 ， 一 個 月 內 之 信 度 都 比 較 高 除 了 問 卷 問 到 上 星 期 或 上 個 月 ， 以 測 試 － 重 測 （ t e s t － r e t e s t ） 長 期 之 信 度 都 傾 向 較 低 ， 效 度 相 關 則 以 問 卷 與 跑 度 機 運 動 表 現 、 心 肺 能 力 、 身 體 肥 胖 、 4 星 期 身 體 活 動 史 、 2 日 加 速 規 計 錄 ， 發 現 沒 有 問 卷 是 與 2 日 加 速 規 計 錄 有 相 關 ， 與 心 肺 能 力 都 明 顯 較 低 ； 大 部 份 問 卷 對 於 重 度 身 體 活 動 或 跑 步 機 運 動 表 現 都 呈 現 相 關 。 較 少 問 卷 對 輕 中 度 身 體 活 動 呈 現 相 關 ， 另 學 者 建 議 問 卷 應 包 含 睡 眠 與 輕 、 中 、 重 度 的 休 閒 活 動 與 最 近 活 動 習 慣 ( J a c o b s ,
A i n s w o r t h , H a r t m a n , & L e o n , 1 9 9 3 ) 。 如 此 表 示 問 卷 是 簡 單 、 經 濟 的 評 估 工 具 對 於 身 體 活 動 之 強 度 難 以 客 觀 界 定 ， 只 能 提 供 身 體 活 動 資 訊 並 無 法 客 觀 評 估 身 體 活 動 能 量 消 耗 之 工 具 。 二 、 計 步 器 （ p e d o m e t e r ）： 學 者 對 十 種 電 子 計 步 器 於 測 量 步 數 、 距 離 、 能 量 消 耗 研 究 其 效 度 問 題 ， 採 1 0 位 受 試 者 同 時 戴 上 Ya m a s a S k e l e t o n e （ S K ） , S p o r t l i n e 3 3 0 （ S L 3 3 0 ） a n d 3 4 5 （ S L 3 4 5 ） , O m r o n （ O M ） , Ya m a x D i g i w a l k e r S W - 7 0 1 （ D W ） , K e n z L i f e c o r d e r （ K Z ）, N e w L i f e s t y l e s 2 0 0 0 （ N L ）, O r e g o n S c i e n t i f i c （ O R ）, F r e e s t y l e P a c e r P r o （ F R ） , W a l k 4 L i f e L S 2 5 2 5 （ W L ） . 等 十 種 計 步 器 於 手 上 ， 在 跑 步 機 以 5 4 , 6 7 , 8 0 , 9 4 , 1 0 7 公 尺 / 分 之 速 度 行 走 5 分 鐘 ， 以 非 直 接 卡 洛 里 計 測 得 能 量 消 耗 ， 每 一 廠 牌 各 戴 於 左 、 右 手 計 錄 一 次 ， 結 果 左 、 右 手 相 關 係 數 都 超 過 0 . 8 1 除 了 O R （ 0 . 7 6 ） 與 S L 3 4 5 （ 0 . 5 7 ）， 大 部 分 計 步 器 在 速 度 5 4 公 尺 / 分 都 較 低 估 ， 不 夠 ， 隨 速 度 增 加 步 數 精 確 度 就 增 加，在 速 度 8 0 公 尺 / 分 鐘 以 上，6 種 型 式 （ S K , O M , D W, K Z , N L , W L ） 之 計 步 器 與 真 實 步 數 只 ± 1 %， 此 6 種 計 步 器 在 速 度 8 0 公 尺 / 分 鐘 測 得 距 離 呈 ± 1 0 % ， 較 低 速 距 離 都 超 估 ， 相 反 地 ， 高 速 則 低 估 。 1 0 種 計 步 器 除 了 K Z , N L 都 無 法 反 應 出 真 實 或 總 ( D a l y e t a l . ) 能 量 ， 如 假 設 呈 現 是 真 實 能 量 ， 所 有 計 步 器 都 超 估 能 量 消 耗 ， 如 假 設 呈 現 是 總 能 量 則 8 種 計 步 器 有 7 種 與 能 量 消 耗 ± 3 0 % 。 結 論 ： 計 步 器 較 適 用 於 計 錄 步 數 ； 對 於 距 離 、 與 能 量 消 耗 則 較 不 精 確 ( C r o u t e r , S c h n e i d e r , K a r a b u l u t , & B a s s e t t , 2 0 0 3 ) 。 且 對 於 身 體 活 動 之 執 行 速 度 也 難 以 區 分 。
有 一 種 產 品 加 計 步 器 加 加 速 規 之 複 合 式 產 品 ， 學 者 在 身 體 活 動 之 走 路 運 動 常 用 來 增 加 肥 胖 者 之 身 體 活 動 程 度 在 此 背 景 下 ， 研 究 腳 踝 穿 戴 單 軸 S t e p w a t c h 加 速 規 計 步 器 評 估 其 能 量 消 耗 預 測 之 精 確 、 精 準 性 ， 採 2 0 位 健 康 （ 1 0 瘦 、 1 0 胖 ） 同 時 穿 戴 一 彈 簧 式 計 步 器 （ A c c u s p l i t ） 一 電 子 式 計 步 器 （ O m r o n H F - 1 0 0 ） 與 s t e p w a t c h 加 速 規 計 步 器 ， 受 試 者 在 跑 步 機 1 , 2 , 和 3 哩 / 小 時 與 1 , 1 . 8 5 哩 / 小 時 之 走 路 速 度 ， 結 果 各 計 步 器 與 人 工 計 算 步 數 （ m a n u a l c o u n t s ）， 在 1 哩 / 小 時 之 情 況 s t e p w a t c h 計 步 器 之 步 數 （ 9 9 . 7 + / - 0 . 6 7 % （ m e a n + / - S E M ））， O m r o n H F - 1 0 0 計 步 器 為 （ 6 1 + / - 3 . 3 % ）， A c c u s p l i t 計 步 器 （ 2 6 + / - 2 . 8 % ）； 在 3 哩 / 小 時 情 況 下 所 有 計 步 器 都 ＞ 9 8 % ， 在 重 複 計 算 s t e p w a t c h 呈 現 可 忽 略 之 變 異 數 （ S D = 0 . 3 6 ）， 其 餘 計 步 器 都 呈 現 非 常 大 之 變 異 數 （ S D = 4 ～ 1 3 ）， 所 以 s t e p w a t c h 如 再 加 體 重 矯 正 可 作 為 能 量 消 耗 預 測 工 具 決 定 變 異 數 R 2 > 0 . 8 ( F o s t e r e t a l . , 2 0 0 5 ) 。 三 、 三 軸 加 速 規 （ t r i a x i a l a c c e l e r o m e t e r ） 加 速 規 對 於 計 錄 日 常 、 運 動 時 身 體 活 動 的 精 密 工 具 ， 更 是 眾 多 學 者 們 研 究 身 體 能 量 消 耗 不 可 或 缺 的 測 量 工 具 之 一 ； 但 多 少 仍 與 實 際 能 量 消 耗 有 或 多 或 少 的 差 距 。 所 以 ， 作 修 正 的 研 究 也 相 當 多 。 於 是 ， 有 學 者 以 單 一 加 速 規 計 錄 特 定 的 身 體 活 動 的 數 目 推 估 能 量 消 耗 是 否 可 直 接 改 善 能 量 消 耗 推 估 值 ， 研 究 中 採 1 5 位 樣 本 以 二 重 標 識 水 法 （ d o u b l e - l a b e l e d w a t e r ） 來 計 算 完 全 的 能 量 消 耗 （ T E E ）， 身 體 活 動 程 度 PA L ＝ T E E ／ S M R ， 加 速 規 計 錄 每 天 六 種 通 常 活 動 ， 每 天 的 活 動 數 目 （ A C （ D ）） 以 加 速 規 計 錄 計 算 ， 一 日 代 謝 當 量 （ M E T
（ D ）） 以 每 日 中 各 種 活 動 時 間 代 謝 值 的 平 均 值 表 示 ， 之 前 研 究 完 全 的 能 量 消 耗 （ T E E ） 使 用 A C （ D ） 與 體 重 或 與 無 脂 肪 質 量 做 預 測 其 估 計 標 準 誤 （ S E E ） 是 1 . 4 7 百 萬 焦 耳 - 每 日 （ M J / d a y ）與 1 . 2 百 萬 焦 耳 - 每 日 ； 如 果 這 個 模 型 中 完 全 消 耗 能 量 用 一 日 代 謝 當 量 取 而 代 之 則 發 現 一 日 代 謝 當 量 較 總 能 量 消 耗 更 能 增 加 解 釋 變 異 性 9 % 、 減 少 估 計 標 準 誤 為 0 . 1 4 百 萬 焦 耳 - 每 日 0 . 1 8 百 萬 焦 耳 - 每 日 ； 另 身 體 活 動 程 度 與 一 日 代 謝 當 量 有 較 高 關 係 （ R （ 2 ） = 5 1 % ） 比 身 體 活 動 程 度 與 每 天 的 活 動 數 目 （ R （ 2 ） = 4 6 % ） 所 以 學 者 結 論 ： 確 定 活 動 型 式 合 併 代 謝 當 量 （ M E T （ D ）） 較 單 一 加 速 規 計 錄 活 動 數 目 可 以 更 精 確 評 估 能 量 消 耗 ( B o n o m i , P l a s q u i , G o r i s , & We s t e r t e r p , 2 0 0 9 ) 。 又 有 學 者 研 究 C a l t r a c 三 軸 加 速 規 是 否 為 預 測 活 動 能 量 消 耗 （ A E E ） 的 適 當 工 具 ， 而 計 算 公 式 A E E ＝ T D E E － R M R 總 能 量 消 耗 （ T D E E ） 以 二 重 標 識 水 法 計 算 得 知 ， 取 3 1 位 平 均 8 . 2 歲 小 朋 友 的 樣 本，戴 上 C a l t r a c 三 軸 加 速 規 紀 錄 三 日 日 常 活 動 數 目 （ A C ）， 三 日 計 錄 中 含 一 日 周 末 ， 結 果 活 動 能 量 消 耗 與 性 別 相 關 係 數 （ r = 0 . 4 2 , P = 0 . 0 2 ） 與 含 脂 肪 質 量 相 關 係 數 （ F M , r = 0 . 3 2 ; P = 0 . 0 7 ） 與 非 脂 肪 質 量 相 關 係 數 （ F F M , r = 0 . 3 2 ; P = 0 . 0 7 ）但 是 與 日 常 活 動 數 目 幾 乎 無 相 關（ r = - 0 . 0 9 ; P = 0 . 6 3 ）， 如 果 將 性 別 、 競 速 、 身 體 質 量 、 非 脂 肪 質 量 做 多 重 分 析 回 歸 （ R = 0 . 5 3 ） 且 日 常 活 動 數 目 也 沒 明 顯 增 加 解 釋 活 動 能 量 消 耗 的 變 異 數 。 所 以 ， C a l t r a c 三 軸 加 速 規 對 小 孩 並 不 是 一 個 有 意 義 的 能 量 消 耗 工 具 ( J o h n s o n , R u s s , & G o r a n , 1 9 9 8 ) 。 如 上 述 之 工 具 運 用 ， 有 的 無 法 測 得 能 量 消 耗 、 只 能 提 供
身 體 活 動 型 式 或 資 訊 ， 有 的 只 能 計 錄 步 數 之 真 確 性 對 於 能 量 消 耗 之 預 測 ， 學 者 大 都 認 為 不 適 合 ； 第 三 者 為 一 般 叁 軸 加 速 規 可 測 得 能 量 消 耗 但 有 些 精 準 性 較 低 或 不 適 用 。 本 研 究 動 機 即 是 利 用 高 精 密 三 軸 加 速 規 計 錄 5 位 健 康 角 力 選 手 於 靜 坐 、 走 路 、 慢 跑 、 快 跑 等 各 種 不 同 身 體 活 動 ， 計 算 出 各 種 活 動 的 能 量 消 耗 ； 並 以 呼 吸 儀 測 得 各 種 活 動 能 量 消 耗 做 為 效 標 。 是 否 高 精 密 三 軸 加 速 規 能 提 高 一 般 叁 軸 加 速 規 之 精 密 性 ； 二 者 ， 高 精 密 三 軸 加 速 規 與 效 標 之 間 是 否 相 關 係 數 更 高 、 誤 差 更 小 ， 是 否 為 單 一 、 簡 便 即 可 精 確 計 算 出 身 體 活 動 的 能 量 消 耗 ？
第 三 節 研 究 目 的
一 、 高 精 密 三 軸 加 速 規 計 錄 各 種 身 體 活 動 的 能 量 消 耗 ， 與 非 直 接 卡 洛 里 計 呼 吸 儀 所 測 得 能 量 消 耗 作 相 關 、 簡 單 線 性 回 歸 ， 希 望 藉 此 研 究 得 到 高 度 相 關 回 歸 係 數 ， 證 明 高 精 密 三 軸 加 速 規 是 更 貼 切 、 更 適 合 計 算 出 年 輕 運 動 員 各 種 身 體 活 動 能 量 消 耗 ， 作 為 身 體 能 量 消 耗 之 預 測 工 具 。 二 、 有 些 研 究 指 出 三 軸 加 速 規 是 不 準 確 或 不 適 用 ， 如 利 用 C a l t r a c 三 軸 加 數 規 計 算 三 種 運 動 的 能 量 消 耗 ， 採 3 1 位 平 均 年 齡 2 2 . 6 歲 運 動 員 女 性 於 競 走 、 賽 跑 、 登 階 紀 錄 三 種 運 動 的 c o u n t s 數 ； 並 偵 測 最 大 攝 氧 量 與 心 跳 率 ， 每 個 運 動 中 對 最 大 攝 氧 量 與 心 跳 率 做 回 歸 分 析 ， 並 以 能 量 消 耗 對 心 跳 率 做 回 歸 分 析 ， 兩 個 C a l t r a c 三 軸 加 數 規 分 別 以 腰 袋 繫 在 對 側 ， 一 是 計 算 能 量 消 耗 ， 一 是 計 錄 運 動 的c o u n t s 數 ， 心 跳 率 利 用 心 跳 監 視 器 紀 錄 之 ， 結 果 ： 能 量 消 耗 與 心 跳 率 在 各 種 運 動 型 式 無 顯 著 差 異 ， 加 速 規 計 算 的 能 量 （ P < 0 . 0 1 ） 在 賽 跑 運 動 超 估 1 5 % 、 在 競 走 超 估 1 9 % 、 在 登 階 則 是 低 估 1 0 % （ P = 0 . 1 2 ）， 所 以 ， C a l t r a c 三 軸 加 數 規 並 無 法 精 確 分 辨 賽 跑 、 競 走 、 登 階 時 的 能 量 消 耗 ( S w a n , B y r n e s , & H a y m e s , 1 9 9 7 ) 。
第 四 節 研 究 假 設
身 體 於 三 度 空 間 中 移 動 ， 將 移 動 座 標 精 準 定 位 ， 然 誤 差 在 所 難 免 ； 本 高 精 密 三 軸 加 速 規 測 得 之 頻 率 為 0 . 0 0 5 - 5 0 （ H z ）， 如 此 積 分 之 結 果 應 可 減 少 誤 差 ， 更 精 確 測 得 肢 體 或 軀 幹 加 速 度 。 據 此 能 精 確 估 算 出 活 動 程 度 、 活 動 能 量 消 耗 。第 五 節 研 究 範 圍 與 限 制
一 、 受 試 者 範 圍 本 研 究 採 5 位 平 均 年 齡 2 1 . 4 ± . 8 3 9 歲 ， 無 呼 道 疾 病 、 心 血 管 疾 病 健 康 男 性 。 受 試 者 於 各 種 活 動 中 全 程 戴 上 差 分 衛 星 定 位 三 軸 加 速 規 ， 呼 吸 儀 。 身 體 活 動 活 動 > 6 小 時 / 周 二 、 研 究 內 容 的 主 要 變 項 本 研 究 自 變 項 則 是 高 精 密 加 速 規 記 錄 各 活 動 的 加 速 度 c o u n t s ， 依 變 項 則 為 靜 坐 、 走 路 、 慢 跑 、 快 跑 各 活 動 呼 吸 儀偵 測 到 氧 氣 攝 取 。 三 、 研 究 限 制 1 . 本 研 究 採 靜 坐 、 走 路 、 慢 跑 、 快 跑 等 四 個 身 體 活 動 ， 代 表 日 常 活 動 輕 度 、 中 度 、 重 度 的 身 體 活 動 ； 非 實 驗 室 進 行 之 實 驗 ， 較 實 際 於 自 然 生 活 中 身 體 活 動 。 2 . 研 究 以 青 年 為 實 驗 樣 本 、 不 以 小 朋 友 及 老 年 人 為 實 驗 樣 本 。 且 同 是 男 性 ， 減 少 組 內 間 之 誤 差 ， 因 為 性 別 、 年 齡 也 是 影 響 能 量 消 耗 的 原 因 之 一 。 3 . 活 動 能 量 消 耗 以 呼 吸 儀 為 效 標 ， 無 法 用 直 接 卡 洛 計 測 得 。
第 六 節 預 期 結 果
本 研 究 預 期 高 精 密 三 軸 加 速 規 ， 確 實 是 紀 錄 身 體 加 速 狀 況 與 活 動 能 量 消 耗 的 精 準 測 量 工 具 之 一 ， 更 具 備 簡 單 、 方 便 、 長 期 、 低 價 格 的 能 量 消 耗 測 量 性 。 找 出 能 量 預 測 方 程 式 ， 作 為 日 後 研 究 之 重 要 工 具 ， 推 廣 到 實 際 之 應 用 。第 七 節 解 釋 名 詞
壹 、 高 精 密 三 軸 加 速 規 貳 、 靜 坐 ： 受 試 者 安 靜 ， 不 處 理 額 外 一 些 上 、 下 肢 動 作 ， 僅 保 持 正 常 呼 吸 ， 保 持 雙 膝 9 0 度 ， 雙 腳 平 放 於 地 面 。 叁 、 走 路 ： 受 試 者 保 持 自 己 認 為 是 正 常 之 步 頻 與 步 長 ， 輕 鬆 走 完 3 5 × 1 0 （ 公 尺 ） 直 到 超 過 1 2 分 鐘 。 肆 、 慢 跑 ： 受 試 者 僅 以 高 於 走 路 之 速 度 ， 有 出 現 雙 腳 離 地 之 速 度 ， 跑 完 3 5 × 1 0（ 公 尺 ）， 不 計 距 離 直 到 超 過 1 2 分 鐘 。 伍 、 快 跑 ： 受 試 者 僅 以 高 於 慢 跑 之 速 度 ， 自 行 決 定 速 度 ， 可 以 跑 完 1 2 分 鐘 之 速 度 。 圖 1 - 1 高 精 密 三 軸 加 速 規第 貳 章 文 獻 探 討
第 一 節 身 體 活 動 與 能 量 消 耗 之 關 係
影 響 身 體 活 動 程 度 與 總 能 量 消 耗 的 因 素 包 含 ： 身 體 尺 寸 、 性 別 、 性 成 熟 、 活 動 習 慣 、 坐 的 時 間 、 區 域 、 社 會 環 境 、 職 業 、 飲 食 習 慣 、 抽 菸 、 喝 酒 等 ； 因 此 有 學 者 研 究 青 少 年 與 成 年 人 之 間 在 總 能 量 消 耗 、 身 體 活 動 程 度 是 否 有 差 異 ？ 於 是 在 七 天 特 定 的 活 動 中 對 瑞 典 居 住 在 不 同 地 區 ： 一 是 住 大 學 區 、 一 是 住 工 業 區 的 十 五 歲 和 二 十 一 歲 之 樣 本 進 行 分 析 ， 結 果 ： 在 十 五 歲 與 二 十 一 歲 這 二 組 總 能 量 消 耗 、 身 體 活 動 是 與 性 別 、 坐 的 時 間 、 活 動 習 慣 有 較 高 相 關 ， 在 二 十 一 歲 這 組 是 與 職 業 和 母 親 教 育 程 度 較 明 顯 相 關 ， 這 組 的 相 關 與 變 異 比 十 五 歲 組 較 為 複 雜 ， 主 要 是 坐 的 時 間 降 低 與 活 動 習 慣 被 改 變 ， 因 此 得 知 減 少 日 常 生 活 中 坐 的 時 間 將 是 影 響 身 體 活 動 程 度 與 總 能 量 消 耗 的 主 要 因 素 ( B r a t t e b y, S a n d h a g e n , & S a m u e l s o n , 2 0 0 5 )。 學 者 將 十 八 位 南 印 度 人 分 成 三 族 ： 第 一 組 城 市 人 ， 第 二 組 城 市 貧 民 窟 人 ， 第 三 族 農 村 人 計 算 他 們 之 間 的 總 能 量 消 耗 （ T E E ） 和 基 礎 代 謝 率 （ B M R ）， 使 用 二 重 標 識 水 法 計 算 總 能 量 消 耗 ， 當 然 身 體 活 動 程 度 （ PA L ） 則 由 上 資 料 中 算 出 。 總 能 量 消 耗 測 的 數 據 第 一 組 ： 1 1 . 2 百 萬 焦 耳 / 天 、 第 二 組 ： 7 . 1 百 萬 焦 耳 / 天 第 三 組 ： 1 2 . 2 百 萬 焦 耳 / 天 ； 身 體 活 動 程 度 算 出 分 別 是 ： 1 . 7 9 , 1 . 5 4 和 1 . 9 0 上 述 結 論 是 農 村 生 活 的 人 比 城 市 人 有 較 高 的 身 體 活 動 亦 又 較 高 總 能 量 消 耗 即 便 他 們 的 基 礎 代 謝 率 是 較 低 ( B o r g o n h a , S h e t t y, & K u r p a d , 2 0 0 0 ) 。 有 學 者 選 擇 3 7 4 位 瑞 典 居 住 不 同 二 區 域 健 康 十 五 歲 的 青少 年 ， 評 估 每 日 活 動 程 度 、 能 量 消 耗 和 各 種 活 動 的 能 量 消 耗 、 時 間 。 而 模 式 （ M O D E L ）： 身 體 活 動 程 度 ＝ 總 能 量 消 耗 / 基 礎 代 謝 率 （ PA L = T E E / b a s a l m e t a b o l i c r a t e （ B M R ））。 選 擇 其 中 五 十 位 在 七 天 算 出 每 日 日 常 活 動 （ A D ） 和 預 測 基 礎 代 謝 率 代 表 全 部 三 百 七 十 四 位，結 果 發 現 二 區 域 的 總 能 量 消 耗（ 1 4 . 2 與 1 0 . 9 百 萬 焦 耳 / 天 ）、 活 動 程 度 （ 1 . 9 5 與 1 . 8 0 ） 並 無 明 顯 差 異 ， 但 活 動 程 度 較 低 組 比 較 高 組 每 日 多 花 三 到 六 小 時 在 坐 姿 生 活 上 ， 此 結 果 指 出 在 瑞 典 十 五 歲 的 青 少 年 ， 日 常 活 動 中 如 走 路 、 腳 踏 車 活 動 將 關 鍵 性 的 影 響 活 動 程 度 值 且 身 體 活 動 程 度 與 能 量 消 耗 有 極 高 相 關 性 甚 至 一 致 性 ( B r a t t e b y, S a n d h a g e n , L o t b o r n , & S a m u e l s o n , 1 9 9 7 ) 。 另 藉 動 物 之 研 究 以 區 分 年 齡 對 於 身 體 組 成 、 調 節 葡 萄 糖 、 身 體 活 動 、 能 量 消 耗 是 否 不 同 ？ 研 究 將 公 、 母 印 度 恆 河 猴 、 分 成 3 組 ： 年 輕 成 猴 （ YA , 7 - 9 y e a r s ）， 中 年 成 猴 （ M A , 1 3 - 1 7 y e a r s ）， 老 年 成 猴 （ O A , > 2 3 y e a r s ）， 結 果 ， 老 年 成 猴 具 較 低 身 體 組 成 （ P < 0 . 0 5 ） 和 最 低 的 能 量 消 耗 （ P < 0 . 0 6 ）； 年 齡 在 運 動 與 休 息 之 間 的 關 係 ， 老 年 成 猴 花 最 多 休 息 時 間 、 最 少 垂 直 運 動 時 間 ， 同 時 葡 萄 糖 對 胰 島 素 的 敏 感 性 較 低 ， 這 結 果 與 人 類 的 發 現 具 一 致 性 ( R a m s e y, L a a t s c h , & K e m n i t z , 2 0 0 0 ) 。 在 飲 食 習 慣 上 ， 有 學 者 研 究 低 脂 高 碳 水 化 合 物 的 食 物 具 較 高 能 量 消 耗 比 全 脂 低 碳 水 化 合 物 的 飲 食 ， 採 1 7 位 女 性 2 0 位 男 性 （ 年 齡 2 0 - 3 5 歲 ; B M I 2 2 - 2 8 k g / m 2 ） 經 六 個 月 隨 意 分 組 、 控 制 實 驗 一 組 食 用 4 5 % 低 脂 食 物 ， 一 組 食 用 全 脂 食 物 ， 六 個 月 後， 此 二 組 的 能 量 有 6 % 平 均 差 異（ P < 0 . 0 1 ）； 然 二 組 ：
睡 覺 代 謝 率 （ S M R ）、 平 均 每 日 代 謝 率 （ A D M R ）、 身 體 活 動 ( A o y a g i & S h e p h a r d ) 無 差 異 ， 此 結 果 發 現 改 變 飲 食 對 於 身 體 活 動 、 能 量 消 耗 並 無 影 響 ， 不 過 ， 較 高 身 體 活 動 消 耗 較 多 碳 水 化 合 物 A D M R / S M R : r = 0 . 4 9 , P < 0 . 0 1 : A O : r = 0 . 5 7 , P < 0 . 0 0 1 ） ( W e s t e r t e r p e t a l . , 1 9 9 6 ) 。 換 句 話 說 ， 飲 食 習 慣 將 對 能 量 攝 取 有 明 顯 相 關 ， 對 於 身 體 活 動 與 能 量 消 耗 無 明 顯 相 關 ； 能 量 消 耗 與 身 體 活 動 有 明 顯 相 關 。
第 二 節 身 體 能 量 消 耗 測 量 方 法
身 體 能 量 消 耗 的 測 量 依 評 估 代 謝 的 需 求 、 燃 料 的 利 用 、 不 同 食 物 與 飲 品 的 產 熱 效 應 、 藥 物 與 情 緒 作 用 的 能 量 消 耗 等 ， 可 分 為 三 大 類 ： 直 接 卡 洛 里 計 （ d i r e c t c a l o r i m e t e r ）、 非 直 接 卡 洛 里 計 （ i n d i r e c t c a l o r i m e t e r ） 以 及 非 卡 洛 里 計 數 值 技 術 （ n o n - c a l o r i m e t e r t e c h n i q u e s ） 三 大 類 ( L e v i n e , 2 0 0 5 ) 。 身 體 經 由 輻 射 與 傳 導 所 流 失 的 熱 能 約 佔 身 體 整 體 熱 流 失 的 百 分 之 八 十 ， 而 蒸 發 占 其 餘 的 部 分 。 直 接 卡 洛 里 計 主 要 是 直 接 測 量 身 體 經 由 輻 射 、 對 流（ 蒸 發 ）與 傳 導 所 流 失 的 熱 能 ， 主 要 有 下 列 幾 種 方 式 ： 隔 熱 系 統 （ H e a t o r a d i a b a t i c s y s t e m ） 此 種 系 統 是 利 用 艙 室 內 的 液 態 冷 卻 交 換 系 統 將 受 測 者 所 產 生 的 熱 能 帶 出 ， 使 艙 室 的 牆 壁 內 外 一 致 ， 造 成 一 個 零 溫 度 梯 度 牆 ， 這 液 態 冷 卻 交 換 器 的 效 率 即 是 受 試 者 所 產 生 的 熱 能 。 對 流 系 統 （ C o n v e c t i o n s y s t e m s ） 此 系 統 包 含 有 一 個 附 有 固 定 空 氣 流 速 通 道 的 絕 緣 艙 室 ， 這 通 道 的 空 氣 流 速 、 艙 室 內 空 氣 含 熱 能 力 與 抽 離 艙 室 的 空 氣 溫 度 差 代 表 受 試 者 的 熱 能 流 失 。 等溫 卡 洛 里 計 系 統 （ I s o t h e r m a l s y s t e m s ） 是 利 用 內 牆 覆 蓋 一 層 絕 緣 物 質 的 艙 室 來 收 集 受 試 者 熱 能 散 失 的 系 統 ， 這 絕 緣 層 的 內 層 與 艙 室 內 的 溫 度 相 同 ， 而 絕 緣 層 的 外 層 與 艙 室 的 牆 壁 溫 度 相 同 ， 絕 緣 層 的 內 外 溫 度 梯 度 代 表 非 蒸 發 性 的 熱 能 流 失 。 非 直 接 卡 洛 里 計 乃 是 利 用 收 集 受 試 者 呼 吸 的 氣 體 來 分 析 受 試 者 的 耗 氧 量 與 二 氧 化 碳 的 產 生 量 ， 利 用 身 體 燃 料 代 謝 所 需 氧 氣 與 二 氧 化 碳 產 生 量 的 公 式 來 計 算 身 體 代 謝 所 產 生 的 能 量 ， 也 就 是 身 體 能 量 的 消 耗 。 一 般 可 分 為 整 體 收 集 系 統（ t o t a l c o l l e c t i o n s y s t e m s ）、 開 放 式 非 直 接 卡 洛 里 計 （ o p e n - c i r c u i t i n d i r e c t c a l o r i m e t e r s y s t e m s ） 與 封 閉 式 系 統 （ c l o s e d - c i r c u i t s y s t e m s ）等 形 式 。 整 體 收 集 系 統 是 利 用 固 定 的 容 器（ 如 T i s s o t g a s o m e t e r 的 玻 璃 鐘 ） 或 可 折 疊 的 柔 軟 容 器 （ 如 D o u g l a s b a g ） 收 集 受 試 者 呼 出 的 氣 體 ， 計 算 呼 出 的 氣 體 容 積 ， 再 取 氣 體 樣 本 分 析 氧 氣 和 二 氧 化 碳 濃 度 ， 套 入 公 式 計 算 能 量 消 耗 。 另 一 種 非 直 接 卡 洛 里 計 為 開 放 式 非 直 接 卡 洛 里 計 ， 主 要 有 兩 種 形 式 ， 一 為 通 道 式 開 放 非 直 接 卡 洛 里 計（ v e n t i l a t e d o p e n - c i r c u i t s y s t e m ）， 一 為 收 集 呼 出 氣 體 式 開 放 非 卡 洛 里 計 （ r e s p i r a t o r y o p e n - c i r c u i t s y s t e m ）， 前 者 為 利 用 通 道 收 集 樣 本 氣 體 分 析 以 及 氣 體 流 通 速 率 ， 樣 本 氣 體 的 分 析 ， 氧 氣 通 常 是 利 用 順 磁 分 析 儀 （ p a r a m a g n e t i c a n a l y s e r s ） 分 析 ， 二 氧 化 碳 通 常 是 利 用 紅 外 線 分 析 ； 而 後 者 只 收 集 呼 出 的 氣 體 ， 實 驗 最 後 階 段 ， 再 取 部 份 樣 本 分 析 。 直 接 卡 洛 里 計 與 間 接 卡 洛 里 計 的 儀 器 通 常 需 將 受 試 者 置 於 一 固 定 的 艙 室 或 配 戴 氣 體 分 析 儀 ， 這 樣 的 方 式 ， 對 於 要 監 測 長 時 間 的 能 量 消 耗 或 真 實 的 日 常 生 活 的 能 量 消 耗 ， 並 非 理
想 ， 因 此 ， 除 了 監 測 身 體 熱 能 的 散 失 量 、 身 體 氧 氣 消 耗 量 與 身 體 二 氧 化 碳 生 成 量 ， 也 可 利 用 其 他 生 理 特 徵 的 數 值 來 推 估 能 量 的 消 耗 ， 統 稱 為 非 卡 洛 里 計 數 值 技 術 ， 例 如 同 位 素 重 水 法 、 心 跳 率 、 肌 電 圖 、 肺 活 量 及 熱 影 像 等 。 同 位 素 重 水 法 因 受 試 者 無 須 受 限 於 同 一 艙 室 ， 且 可 長 時 間 收 集 資 料 ， 故 常 用 於 監 測 長 時 間 活 動 的 能 量 消 耗 ， 此 種 方 法 是 利 用 無 放 射 性 同 位 素 將 水 分 子 的 氧 與 氫 原 子 標 示 出 （ D2O1 8）， 再 將 此 標 示 的 重 水 給 予 受 試 者 ， 其 中 的 氧 原 子 會 隨 水 份 及 二 氧 化 碳 排 出 ， 氫 原 子 則 只 會 隨 水 分 子 排 出 ， 經 過 一 段 時 間 後 ， 再 收 集 受 試 者 的 尿 液 、 唾 液 及 血 液 ， 使 用 質 譜 儀 分 析 D2 與 O1 8 的 濃 度 ， 計 算 二 氧 化 碳 的 生 成 量 與 能 量 消 耗 。 另 外 ， 一 些 學 者 利 用 多 重 回 歸 方 程 式 來 推 估 心 跳 率 與 能 量 消 耗 間 的 關 係 ， 發 現 心 跳 與 能 量 消 耗 間 有 潛 在 的 關 係 ， 因 此 發 展 出 利 用 心 跳 推 估 能 量 消 耗 的 方 程 式 。 能 量 消 耗 的 測 量 方 式 很 多 ， 每 種 方 式 的 成 本 各 異 ， 準 確 度 也 不 盡 相 同 ， 然 而 實 驗 端 賴 現 有 資 源 ， 故 本 實 驗 採 用 非 直 接 開 放 式 卡 洛 計 。 對 於 非 直 接 能 量 消 耗 測 量 計 算 公 式 ， 若 單 純 以 氧 氣 消 耗 量 來 推 估 能 量 消 耗 ， 並 忽 略 蛋 白 質 的 代 謝 ， 有 學 者 提 出 能 量 消 耗 的 公 式 為 每 公 升 氧 氣 所 產 生 的 能 量 消 耗 為 4 . 7 1 千 卡 ， 他 們 並 觀 察 到 在 禁 食 十 二 小 時 後 的 呼 吸 商 為 . 8 2， 若 以 這 呼 吸 商 來 估 算 ， 並 假 設 蛋 白 質 的 衝 擊 效 應 非 常 小 ， 則 理 論 上 氧 化 三 酸 甘 油 酯 （ 6 3 % 的 產 熱 ） 與 碳 水 化 合 物 （ 3 7 % 的 產 熱 ） 的 混 合 物 的 產 熱 為 4 . 8 1 千 卡，這 與 學 者 的 推 估 相 差 不 到 2 % ( D a l y, e t a l . , 1 9 8 5 ) 。 若 以 氧 氣 消 耗 量 與 二 氧 化 碳 生 成 量 來 推 估 能 量 消
耗，有 學 者 利 用 數 學 模 式 推 算 出 身 體 能 量 消 耗（ K c a l ）= 3 . 9 4 1 × 氧 氣 消 耗 量（ 公 升 ）+ 1 . 1 0 6 × 二 氧 化 碳 生 成 量（ 公 升 ）－ 2 . 1 7 × 尿 氮 （ 公 克 ） ( We i r , 1 9 4 9 ) 。 近 年 有 學 者 整 理 提 出 ， 蛋 白 質 所 參 與 提 供 的 能 量 非 常 微 小 ， 故 提 出 能 量 消 耗 （ K c a l ） = 3 . 9 4 1 × 氧 氣 消 耗 量 （ 公 升 ） + 1 . 1 1 × 二 氧 化 碳 生 成 量 （ 公 升 ） ( B r a n s o n & J o h a n n i g m a n , 2 0 0 4 )， 本 實 驗 因 只 收 集 十 分 鐘 能 量 消 耗 ， 尿 液 生 成 時 間 較 無 明 確 屬 於 實 驗 階 段 ， 故 採 此 公 式 計 算 。
第 三 節 加 速 規 在 身 體 活 動 運 用 研 究
壹 、 久 坐 生 活 型 態 （ s e d e n t a r y l i f e s t y l e ） 是 慢 性 疾 病 的 危 險 因 子 之 一 ， 藉 加 速 規 來 記 錄 身 體 活 動 量 （ p h y s i c a l a c t i v i t y ） 已 是 相 當 受 歡 迎 的 工 具 ( S i r a r d & P a t e , 2 0 0 1 )。 加 速 規 於 日 常 身 體 活 動 運 用 與 信 效 度 之 研 究 ， 加 速 規 行 之 多 年 ， 大 都 以 日 常 活 動 、 身 體 運 動 為 主 如 加 速 規 對 於 身 體 活 動 量 檢 測 有 很 高 的 信 效 度 ， 對 於 平 台 測 試 （ b e n c h t e s t i n g ） 與 測 試 － 重 測 （ t e s t - r e t e s t ） 得 I C C 是 . 9 7 且 加 速 規 活 動 數 （ A c t i g r a p h ） 計 算 得 皮 爾 森 相 關 係 數 r = . 7 7 , P = . 0 0 1 所 以 加 速 規 是 可 信 用 的 身 體 活 動 測 量 工 具 ( K o c h e r s b e r g e r , M c C o n n e l l , K u c h i b h a t l a , & P i e p e r , 1 9 9 6 )， 加 速 規 對 日 常 活 動 評 估 信 效 度 被 廣 泛 接 受 ， 且 是 身 體 活 動 評 估 的 客 觀 工 具 ， 雖 對 能 量 單 位 沒 有 直 接 計 算 效 果 但 也 是 間 接 參 考 證 據 。 另 學 者 研 究 比 較 R T 3 與 T r i t r a c 三 軸 加 速 規 的 c o u n t s 於 評 估 身 體 活 動 之 精 確 性 ， 採 1 9 位 小 孩（ 年 齡 : 9 . 5 + / - 0 . 8 歲 ） 與 1 5 成 年 （ 年 齡 : 2 0 . 7 + / - 1 . 4 歲 ） 於 中 強 度 活 動 （ > o r = 3 <6 M E Ts ） 或 高 強 度 活 動 （ > o r = 6 M E Ts ） 計 錄 加 速 規 c o u n t s 的 數 據 ， 在 靜 坐 、 走 路 、 跑 步 機 跑 步 、 踢 球 、 跳 房 子 等 活 動 中 將 R T 3 戴 在 小 男 孩 右 髖 ， 左 髖 戴 上 T r i t r a c 計 錄 之 ， 氧 消 耗 量 用 與 身 體 質 量 的 比 例 表 示 高 於 最 大 p o w e r 的 0 . 7 5 （ S V O2），結 果，R T 3 的 c o u n t 數 與 小 孩 氧 消 耗（ r = 0 . 8 7 , P < 0 . 0 1 ） 與 成 年 人 （ r = 0 . 8 5 , P < 0 . 0 1 ） 有 明 顯 相 關 ， 不 過 小 孩 在 跑 步 機 的 c o u n t s 明 顯 較 高 於 成 年 人 只 是 跑 步 機 成 年 人 計 錄 的 c o u n t 低 於 將 近 4 0 0 個 c o u n t 數 （ P < 0 . 0 5 ）； 而 中 、 高 強 度 的 身 體 活 動 c o u n t s 則 是 相 似 結 果（ 中 強 度 = 9 7 0 . 2 小 孩 ， 9 8 4 . 0 成 年 男 性 ; 高 強 度 = 2 3 3 3 . 0 小 孩 ， 2 3 4 0 . 8 成 年 男 性 ）， T r i t r a c 的 c o u n t 只 與 小 孩 S V O2 呈 明 顯 相 關 （ r = 0 . 8 7 , P < 0 . 0 1 ），各 種 活 動 T r i t r a c 的 c o u n t 明 顯 的 相 關 性 低 於 R T 3（ P < 0 . 0 5 ） ( R o w l a n d s , T h o m a s , E s t o n , & T o p p i n g , 2 0 0 4 ) 。 經 上 述 研 究 比 較 得 知 R T 3 三 軸 加 速 規 於 中 高 強 度 計 錄 身 體 活 動 較 為 有 意 義 ， 相 關 性 較 高 ， 對 於 靜 坐 或 較 低 之 身 體 活 動 有 較 大 之 變 異 性 。 貳 、 加 速 規 介 入 讓 身 體 活 動 證 據 化 、 預 防 疾 病 、 改 善 生 活 雖 然 很 多 人 認 為 他 的 生 活 方 式 有 走 路 運 動 幾 個 小 時 應 足 夠 ， 殊 不 知 強 度 對 身 體 助 益 是 不 足 ； 所 以 ， 學 者 藉 加 速 規 研 究 社 區 老 年 女 性 人 口 ， 生 活 中 各 種 身 體 活 動 的 效 率 及 量 化 、 質 化 每 日 身 體 活 動（ D PA ）和 心 肺 耐 力（ c a r d i o r e s p i r a t o r y e n d u r a n c e ） 將 六 十 八 位 （ 6 0 - 7 8 歲 ） 社 區 老 人 分 成 生 活 組 與 控 制 組 ， 生 活 組 每 二 周 給 與 登 階 、 中 等 強 度 身 體 活 動 並 以 加 速 規 計 錄 其 數 目 與 時 間 ， 控 制 組 則 是 原 本 生 活 型 態 ； 經 1 2 周 結 果 發 現 生 活 組 登 階 能 力 增 加 1 6 % ， 中 等 身 體 強 度 增 加
5 3 % 、 心 肺 耐 力 增 加 1 0 % ； 因 此 ， 以 加 速 規 計 錄 身 體 活 動 強 度 ， 做 為 改 善 社 區 老 婦 人 每 日 身 體 活 動 並 明 顯 量 化 身 體 活 動 之 工 具 ( K o i z u m i e t a l . , 2 0 0 9 ) 。 因 開 刀 、 疾 病 住 院 亦 或 長 途 飛 行 的 旅 行 者 都 增 加 深 層 靜 脈 阻 塞 的 危 險 ， 尤 其 是 白 種 人 流 行 率 特 別 高 。 預 防 醫 學 方 面 的 研 究 ： 利 用 三 軸 加 速 規 裝 在 小 腿 後 肌 藉 以 提 醒 長 途 的 旅 客 於 旅 途 中 做 小 腿 後 肌 收 縮 ， 並 計 錄 量 化 以 增 加 血 液 回 流 減 少 深 層 靜 脈 阻 塞 （ d e e p v e i n t h r o m b o s i s （ D V T ）） 的 機 會 ( O ' D o n o v a n , O ' K e e f f e , G r a c e , & L y o n s , 2 0 0 5 ) 。 參 、 加 速 規 與 計 步 器 之 研 究 心 跳 監 測 器（ H e a r t r a t e t e l e m e t r y ）常 用 於 估 計 小 朋 友 日 常 活 動 與 評 估 其 他 方 法 的 效 標 。 有 研 究 利 用 心 跳 監 測 器 、 計 步 器 、 三 軸 加 速 規 、 單 軸 加 速 規 之 間 做 比 較 ， 估 計 小 朋 友 在 典 型 日 常 活 動 氧 氣 消 耗 。 小 朋 在 跑 步 機 上 走 、 跑 ， 玩 球 、 跳 房 子 等 活 動 中 ， 計 錄 心 跳 、 計 步 數 、 三 軸 身 體 加 速 情 形 還 有 氧 氣 攝 取 各 四 分 鐘 。 氧 氣 攝 取 與 身 體 質 量 比 例 來 表 示 ， 統 計 上 可 升 高 到 p o w e r 值 的 0 . 7 5 [ s c a l e d o x y g e n u p t a k e （ s V O2）]， 所 有 的 計 量 值 都 與 s V O2 有 明 顯 相 關 （ P < 0 . 0 0 1 ）， 以 多 重 回 歸 方 程 式 包 含 三 軸 加 速 規 加 上 心 跳 率 預 測 的 s V O 2 比 其 他 任 一 單 一 項 的 預 測 精 確 （ R 2 = 0 . 8 5 ）； 單 一 最 好 的 測 量 工 具 是 三 軸 加 速 規 （ R 2 = 0 . 8 3 ） 結 論 ： 三 軸 加 速 規 提 供 了 最 佳 的 活 動 評 估 工 具 ( E s t o n , R o w l a n d s , & I n g l e d e w , 1 9 9 8 ) 。 不 過 ， 另 有 學 者 在 跑 步 機 與 鋪 路 時 騎 機 車 的 情 況 下 同 時 比 較 加 速 規 （ C S A a c c e l e r o m e t e r ） 與 計 步 器 （ Ya m a x
p e d o m e t e r ） 的 準 確 性 ， 結 果 在 慢 速 跑 步 機 （ 5 4 m . m i n - 1 ） 下 計 步 器 測 得 較 少 的 步 數 （ 7 5 . 4 % v s 9 8 . 9 % , P < 0 . 0 5 ）， 而 鋪 路 騎 機 車 的 情 況 下 加 速 規 的 錯 誤 是 計 步 器 的 1 7 倍 （ 2 5 0 v s 1 5 步 數 , P < 0 . 0 5 ）， 如 上 述 ， 二 者 對 於 正 常 情 況 下 評 估 身 體 活 動 應 不 會 有 太 大 的 問 題 ， 不 過 對 於 虛 弱 行 動 緩 慢 的 老 者 計 步 器 就 會 有 所 疑 慮 、 對 於 久 坐 或 騎 機 車 加 速 規 測 得 的 效 度 就 會 有 所 疑 慮 ( L e M a s u r i e r & T u d o r - L o c k e , 2 0 0 3 ) ， 換 句 話 說 ， 三 軸 加 速 規 較 實 用 於 行 動 加 速 較 大 、 較 快 的 族 群 。
第 四 節 加 速 規 與 能 量 消 耗 之 研 究
目 前 市 面 上 常 見 的 加 速 規 ： 單 軸 有 三 種 （ t h e L i f e c o r d e r , t h e C a l t r a c , a n d t h e C S A / M T I / A c t i g r a p h ）、 雙 軸 有 一 種 （ t h e A c t i w a t c h AW 1 6 ）、 三 軸 加 速 規 有 二 種 （ t h e T r i t r a c - R 3 D a n d t h e T r a c m o r ）；在 上 述 的 加 速 規 已 C S A / M T I / A c t i g r a p h 和 t h e T r a c m o r 最 是 廣 泛 有 效 度 的 工 具 ， 有 學 者 利 用 雙 重 標 識 水 法 （ d o u b l y l a b e l e d w a t e r （ D LW ） t e c h n i q u e ） 作 為 能 量 消 耗 的 黃 金 標 準 比 較 相 互 之 效 度 ， 發 現 t h e T r a c m o r 得 到 的 結 果 最 好 ( P l a s q u i & We s t e r t e r p , 2 0 0 7 ) 。 研 究 使 用 加 速 規 （ A c t i g r a p h C S A / M T I ） 預 測 的 總 能 量 消 耗 與 二 個 方 程 式 （ E k e l u n d 和 P u y a u e t a l . ） 之 間 差 異 ， 作 者 採 八 十 五 位 小 朋 友 ， 平 均 年 齡 四 點 六 歲 ， 總 能 量 消 耗 以 雙 重 標 識 水 法 得 知 ， 學 齡 前 小 朋 友 帶 上 加 速 規 計 錄 七 天 中 三 天 走 路 時 的 數 據 、 學 齡 小 朋 友 帶 上 加 速 規 計 錄 十 天 中 七 天 的 走 路 數 據 ， 平 均 總 能 量 消 耗 5 . 8 百 萬 焦 耳 / 天 （ S D ＝ 1 . 6 ）， 與E k e l u n d 方 程 式 + 0 . 3 百 萬 焦 耳 / 天 ， 而 與 P u y a u e t a l 方 程 式 - 0 . 3 百 萬 焦 耳 / 天 如 上 述 ， 加 速 規 （ A c t i g r a p h C S A / M T I ） 不 適 合 作 為 年 紀 小 的 能 量 消 耗 測 量 工 具 ( R e i l l y e t a l . , 2 0 0 6 ) 同 樣 地 ， 學 者 研 究 三 軸 加 速 規 R T 3 ， 與 總 能 量 消 耗 之 間 效 度 問 題 ， 一 樣 ， 總 能 量 消 耗 式 以 二 重 標 識 水 法 取 得 ； 活 動 能 量 消 耗 （ A E E ） ＝ 總 能 量 消 耗 － 休 息 能 量 消 耗 ， 於 三 十 六 位 成 年 人 連 續 戴 十 四 天 R T 3 三 軸 加 速 規 ， 結 果 加 速 規 所 預 測 的 平 均 總 能 量 消 耗 、 活 動 能 量 預 測 值 較 消 耗 較 雙 重 標 識 水 法 低 估 一 點 ， 分 別 為 ： 5 3 9 k J （ 4 % ）、 4 8 5 k J （ 1 5 % ）。 雖 然 ， 三 軸 加 速 規 R T 3 雖 較 低 估 一 些 ， 但 仍 可 精 確 的 評 估 總 能 量 消 耗 與 活 動 能 量 消 耗 ( M a d d i s o n e t a l . , 2 0 0 9 ) 運 動 可 增 加 肌 力 、 增 加 心 肺 功 能 、 代 謝 能 力 但 運 動 者 與 不 運 動 者 是 否 於 平 常 能 量 消 耗 為 一 致 ？ 於 是 徵 召 7 位 滑 雪 運 動 員 與 8 位 久 坐 人 口 ， 每 日 能 量 消 耗 （ M d ） 使 用 心 跳 率 和 氧 攝 取 相 關 計 算 得 之 ， 休 息 代 謝 率 （ M r ） 使 用 非 直 接 卡 洛 里 計 計 算 得 之，結 果 顯 示：每 日 能 量 消 耗（ M d ）與 休 息 代 謝 率（ M r ） 在 滑 雪 運 動 員 這 組 較 高 ； 每 日 沒 運 動 時 的 能 量 消 耗 （ M d , n e ） 二 組 並 無 明 顯 差 異 。 這 表 示 運 動 員 在 運 動 時 將 增 加 能 量 消 耗 ， 而 同 樣 是 坐 姿 型 態 ， 運 動 員 、 久 坐 人 口 二 者 並 無 差 異 ( A l m e r a s , M i m e a u l t , S e r r e s s e , B o u l a y, & T r e m b l a y, 1 9 9 1 ) 。 先 前 ， 也 有 在 實 驗 室 外 使 用 T r i t r a c 三 軸 加 速 規 計 算 能 量 消 耗 ， 其 研 究 是 採 2 0 - 2 9 歲 女 性 完 成 六 個 身 體 活 動 ： 走 路 、 慢 跑 、 爬 樓 梯 、 走 斜 坡 、 固 定 式 腳 踏 車 、 手 搖 機 ， 六 個 身 體 活 動 全 程 以 加 速 規 （ H e m o k i n e t i c s I n c . , M a d i s o n W I ） 與 呼 吸
儀 （ C o s m e d K 4 b （ 2 ）） 得 實 驗 數 據 分 析 ， 結 果 ： 三 軸 加 速 規 對 走 路 超 估 - 1 . 4 5 （ 千 卡 / 分 ）， 對 慢 跑 超 估 - 1 . 7 5 （ 千 卡 / 分 ）； 然 而 對 爬 樓 梯 低 估 2 . 7 6 （ 千 卡 / 分 ）， 對 固 定 式 腳 踏 車 低 估 2 . 7 5 （ 千 卡 / 分 ）， 對 手 搖 機 低 估 1 . 2 0 （ 千 卡 / 分 ）。 走 斜 坡 平 均 差 最 低 － 0 . 1 1， 組 內 間 相 關 係 數 為 中 度 相 關 ： 走 路 （ r = 0 . 5 6 8 , < 0 . 0 5 ）、 慢 跑 （ r = 0 . 6 6 6 , < 0 . 0 5 ）、 爬 樓 梯 （ r = 0 . 5 0 3 , < 0 . 0 5 ）， 其 餘 從 r = 0 . 2 9 0 （ > 0 . 0 5 ） 到 r = 0 . 4 8 0 （ < 0 . 0 5 ）。 之 前 T r i t r a c 三 軸 加 速 規 與 非 直 接 卡 洛 里 計 呈 現 非 線 性 的 模 式 ， 取 得 各 活 動 的 高 低 估 值 、 明 顯 改 善 T r i t r a c 三 軸 加 速 規 在 走 路 、 慢 跑 、 走 斜 坡 與 K 4 b 非 直 接 卡 洛 里 計 之 間 的 關 係 ， 如 此 告 訴 我 們 ， 各 種 身 體 活 動 需 個 別 的 回 歸 方 程 式 作 為 計 算 能 量 消 耗 工 具 ( C a m p b e l l , C r o c k e r , & M c K e n z i e , 2 0 0 2 ) 。 如 上 述 之 研 究 學 者 建 議 T r i t r a c 三 軸 加 速 規 加 速 規 計 算 身 體 各 種 活 動 與 K 4 b 非 直 接 卡 洛 里 計 ， 須 依 據 活 動 給 予 個 別 之 能 量 之 計 算 方 式 ， 始 可 減 少 超 估 或 低 估 能 量 消 耗 以 增 加 準 確 性 ， 或 利 用 各 別 身 體 活 動 的 能 量 回 歸 方 程 式 ， 方 可 得 各 身 體 活 動 之 能 量 消 耗 。 而 本 實 驗 ， 高 精 密 三 軸 加 速 規 所 得 能 量 消 耗 之 回 歸 方 程 式 ， 則 適 用 於 健 康 年 輕 運 動 員 走 、 跑 活 動 之 能 量 預 測 ， 其 準 確 度 與 信 效 度 都 相 當 高
第 叁 章 研 究 方 法
第 一 節 研 究 架 構
本 研 究 設 計 自 變 項 為 加 速 規 紀 錄 活 動 中 三 軸 計 錄 之 加 速 數 據 ， 而 依 變 項 為 樣 本 身 體 活 動 ： 靜 坐 、 走 路 、 慢 跑 、 快 跑 呼 吸 儀 測 得 氧 攝 取 量 與 二 氧 化 碳 產 生 量 。 在 能 量 消 耗 相 關 方 面 ， 採 加 速 規 加 速 度 紀 錄 的 c o u n t s 算 出 能 量 與 呼 吸 儀 測 得 能 量 之 間 皮 爾 森 相 關 係 數 （ P e a r s o n c o r r e l a t i o n ） 之 實 驗 設 計 ， 並 做 線 性 回 歸 分 析 。 統 計 值 計 小 數 點 後 三 位 ， 取 四 捨 五 入 。第 二 節 研 究 步 驟
壹 、 加 速 規 與 身 體 穿 戴 位 置 之 討 論 有 學 者 研 究 將 活 動 計 錄 器 （ m o d e l WA M 7 1 6 4 ） 同 時 固 定 在 受 試 者 之 腰 部 與 髖 部 計 錄 走 路 與 慢 跑 活 動 c o u n t 數 兩 者 並 無 差 異 ( Y n g v e , N i l s s o n , S j o s t r o m , & E k e l u n d , 2 0 0 3 ) ； 不 過 ， 另 有 學 者 於 研 究 中 試 圖 找 到 加 速 規 在 估 計 能 量 消 耗 模 式 中 比 較 方 程 式 決 定 係 數 哪 個 位 置 對 身 體 活 動 具 最 少 限 制 是 最 佳 解 釋 之 位 置 ， 採 1 7 位 平 均 年 齡 2 7 . 2 3 + / - 2 . 1 8 歲 健 康 男 性 樣 本 ， 將 加 速 規 穿 戴 於 背 、 膝 、 腕 、 踝 等 處 並 同 時 戴 上 氣 體 呼 吸 儀 同 步 計 錄 於 次 最 大 運 動 中 的 個 別 數 據 ， 依 變 項 式 呼 吸 儀 的 數 據 ， 自 變 項 加 速 規 數 據 與 身 體 各 別 差 異 如 年 齡 、 身 高 、 體 重 、 身 體 質 量 指 數 ， 對 身 體 四 個 位 置 做 相 關 係 數 與 線 性 回 規 ， 得 實 驗 結 果 ： 加 速 規 與 能 量 消 耗 相 關 係 數 最 高 是 膝 處 ， 最 低 相 關 則 是 腕 處 。 不 過 回 歸 方 程 式 的 決 定 係 數 （ R 2 ） 在 腰 部 最 高相 關（ R 2 = 0 . 8 7 3 ）最 低 相 關 處 是 腕 部（ R 2 = 0 . 8 5 2 ）( K i m , K i m , Yo o n , & S h i n , 2 0 0 9 ) 。 且 學 者 研 究 三 軸 加 速 規 評 估 阻 力 運 動 之 能 量 消 耗 ， 於 統 計 之 回 歸 分 析 ， 結 果 ， 腰 部 之 加 速 規 可 解 釋 變 異 數 較 高 為 7 3 % ( S t e c & R a w s o n ) 。 本 實 驗 將 高 精 密 三 軸 加 速 規 穿 戴 在 右 腰 際 處 接 近 身 體 重 心 的 位 置 也 是 比 照 上 述 研 究 ， 在 腰 部 加 速 規 回 歸 決 定 係 數 具 有 最 高 相 關 。 貳 、 研 究 步 驟 先 收 集 受 測 者 資 料 ， 每 星 期 超 過 六 小 時 的 身 體 活 動 ， 角 力 運 動 員 ， 男 性 ， 進 行 實 驗 ， 收 集 資 料 ， 統 計 分 析 資 料 ， 做 出 結 論 。 收 集 受 試 者 進 行 實 驗 同 步 收 集 數 據 收 集 資 料 統 計 分 析 結 果 與 討 論 結 論
第 三 節 研 究 對 象
本 實 驗 以 5 位 1 9 到 2 1 歲 之 角 力 運 動 員 ， 同 為 男 性 ， 每 周 從 事 身 體 活 動 超 過 6 小 時 ， 無 心 臟 血 管 疾 病 、 呼 吸 道 疾 病 的 健 康 男 性 。第 四 節 實 驗 地 點 與 時 間
實 驗 地 點 ： 國 立 台 灣 體 育 運 動 大 學 體 操 館 三 樓 實 驗 室 與 大 樓 前 廣 場 實 驗 時 間 ： 民 國 1 0 0 年 1 2 月第 五 節 實 驗 儀 器 與 設 備
本 研 究 主 要 儀 器 為 氣 體 分 析 儀 。 本 實 驗 採 用 M e t a m a x 3 B 攜 帶 式 氣 體 分 析 儀（ C o r t e x B i o p h y s i k G m b h , G e r m a n y ）， 測 量 方 式 採 逐 口 氣 分 析 法 ， 並 監 測 心 跳 率 ， 儀 器 使 用 前 先 依 操 作 手 冊 進 行 環 境 壓 力 較 正 、 氣 體 流 量 較 正 與 標 準 氣 體 兩 點 （ C O 2 , O 2 ） 校 正 ， 再 進 行 實 驗 。 受 試 者 以 貼 布 固 定 高 精 密 三 軸 加 速 規 於 右 側 髂 脊 處 ， 與 氣 體 分 析 儀 同 步 計 錄 靜 坐 、 走 路 、 慢 跑 、 快 跑 等 身 體 活 動 加 速 狀 況 。高 精 密 三 軸 加 速 規 ：（ 如 圖 3 – 1 ）
本實驗室開發之高精度、高速、高容量三
維加速計
第一版硬體原型機 硬體規格 圖 3 - 1 高 精 密 三 軸 加 速 規 硬 體 規 格 6 × 5 × 1 . 2 （ 公 分 ）， 重 量 ： 2 5 0 公 克 ； 記 憶 體 容 量 ： 5 1 2 k b y t e， 記 憶 模 式 ： 各 軸 之 加 速 度（ r a w x、 r a w y、 r a w z ）， 靈 敏 度 : 1 3 3 3 c o u n t / g ， 測 量 計 錄 頻 率 : 0 . 0 0 5 ～ 5 0 H z ， 製 造 商 : 啟 德 電 子 公 司第 六 節 實 驗 流 程 與 步 驟
壹 、 實 驗 流 程 確 認 受 試 者 身 分 並 收 集 基 本 資 料 裝 載 氣 體 分 析 儀 固 定 加 速 規 於 右 髂 脊 靜 坐 、 走 路 、 慢 跑 、 快 跑 卸 除 氣 體 分 析 儀 卸 除 三 軸 加 速 規貳 、 實 驗 操 作 方 法 一 、 穿 戴 呼 吸 儀 、 以 肌 內 效 貼 步 固 定 三 軸 加 速 規 于 右 腰 際 。 二 、 同 時 啟 動 呼 吸 儀 與 加 速 規 ， 五 位 受 試 者 完 成 靜 坐 → 走 路 → 慢 跑 → 快 跑 等 身 體 活 動 。
第 七 節 資 料 處 以 與 分 析
本 實 驗 利 用 S P S S 1 4 版 作 資 料 處 理 。 描 述 性 統 計 資 料 資 料 包 含 年 齡 、 身 高 、 體 重 。 推 論 性 統 計 資 料 包 含 高 精 密 三 軸 加 速 規 、 X 軸 、 Y 軸 、 Z 軸 c o u n t s / 分 與 呼 吸 儀 E E 、 E E / k g 、 M E T ， 統 計 分 析 則 使 用 P e a r s o n 相 關 係 數 ， 與 回 歸 分 析 ， 統 計 顯 著 水 準 定 為 P ＜ . 0 5 。第 肆 章 結 果 與 討 論
第 一 節 受 測 者 基 本 資 料 描 述 性 統 計
本 實 驗 共 5 位 男 性 參 與 實 驗 ， 健 康 無 虞 之 角 力 選 手 ， 都 能 配 合 完 成 靜 坐 、 走 路 、 慢 跑 及 快 跑 之 身 體 活 動 ， 其 平 均 年 齡 為 2 1 . 4 ± 0 . 8 3 9 歲 ， 平 均 身 高 為 1 7 1 ± 3 . 9 4 9 公 分 ， 平 均 體 重 為 6 7 . 6 ± 9 . 8 1 0 公 斤 （ 如 表 4 - 1 ）。 表 4 - 1 受 測 者 基 本 資 料 之 描 述 性 統 計 個 數 最 小 值 最 大 值 平 均 數 標 準 差 年 齡 （ 歲 ） 5 2 1 2 3 2 1 . 4 0 . 8 3 9 身 高 （ 公 分 ） 5 1 6 5 1 7 7 1 7 1 3 . 9 4 9 體 重 （ 公 斤 ） 5 5 6 8 5 6 7 . 6 9 . 8 1 0第 二 節 高 精 密 三 軸 加 速 規 （ v e c t o r m a g n i t u d e ） 與 呼
吸 儀 之 實 驗 結 果 與 討 論
本 實 驗 擷 取 靜 坐 、 走 路 、 慢 跑 、 快 跑 各 動 作 十 分 鐘 之 實 驗 數 據 如 表 4 - 1 做 簡 單 線 性 回 歸 得 非 常 高 回 歸 相 關 係 數 R = 0 . 9 6 1 , 可 解 釋 依 變 項 9 2 . 4 % 的 變 異 R 平 方 = 0 . 9 2 4 , P < . 0 5 達 顯 著 水 準 。表 4 - 2 呼 吸 儀 與 高 精 密 三 軸 加 速 規 之 相 關 加 速 規 T E E / k g P e a r s o n 相 關 顯 著 性 加 速 規 T E E / k g 加 速 規 T E E / k g 1 . 0 0 0 . 9 6 1 . 0 0 0 . 9 6 1 1 . 0 0 0 . 0 0 0 單 位：T E E / k g 為 呼 吸 儀 為 k c a l / k g , 高 精 密 三 軸 加 速 規 為 c o u n t 圖 4 - 1 E E / k g ， 高 精 密 三 軸 加 速 規 c o u n t s 之 回 歸 分 佈 圖 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 迴歸 標準化預測值 0.000 300000.000 600000.000 900000.000 1200000.000 1500000.000 加 速 規 依變數: 加速規 散佈圖
表 4 - 3 呼 吸 儀 與 高 精 密 三 軸 加 速 規 之 相 關 加 速 規 T E E P e a r s o n 相 關 加 速 規 T E E 1 . 0 0 0 . 9 1 2 . 9 1 2 1 . 0 0 0 顯 著 性 加 速 規 T E E . 0 0 0 . 0 0 0 單 位 ： 呼 吸 儀 T E E 為 k c a l , 高 精 密 三 軸 加 速 規 為 c o u n t -1 0 1 2 迴歸 標準化預測值 0.000 300000.000 600000.000 900000.000 1200000.000 1500000.000 加 速 規 依變數: 加速規 散佈圖 圖 4 - 2 呼 吸 儀 能 量 消 耗 ( T E E ）， 高 精 密 三 軸 加 速
如 果 將 表 4 - 3 依 變 項 呼 吸 儀 十 分 鐘 能 量 消 耗 ， 自 變 項 為 高 精 密 三 軸 加 速 規 十 分 鐘 之 c o u n t 數 ， 同 樣 做 簡 單 線 性 回 歸 得 非 常 高 回 歸 相 關 係 數 R = 0 . 9 1 2 , R 平 方 = 0 . 8 3 2 ， 顯 著 性 P < . 0 5。 如 上 述 之 實 驗 結 果 ， 高 精 密 三 軸 加 速 規 實 為 準 確 之 能 量 消 耗 預 估 工 具 。 上 述 二 個 R 值 之 差 異 討 論 如 下 ： 本 實 驗 使 用 之 效 標 呼 吸 儀 所 測 得 之 總 能 量 消 耗 實 包 含 內 在 功 與 外 顯 功 ， 而 依 變 項 高 精 密 三 軸 加 速 規 所 測 得 之 能 量 消 耗 則 是 實 為 外 顯 功 ， 兩 者 之 間 有 些 許 之 差 距 ； 而 功 之 計 算 方 程 式 為 W = F * S 再 依 牛 頓 第 二 運 動 定 律 F = m * a， 則 W = m * a * S 其 中 S 表 示 距 離 ， 呼 吸 儀 所 表 示 之 能 量 消 耗 應 比 三 軸 加 速 規 測 得 之 能 量 消 耗 較 大 ， 功 計 算 方 程 式 所 得 應 等 於 高 精 密 加 速 規 測 得 之 能 量 消 耗 。 故 將 呼 吸 儀 各 身 體 活 動 總 能 量 消 耗 除 以 受 試 者 之 體 重 與 高 精 密 加 速 規 所 得 之 回 歸 相 關 係 數 是 R = 0 . 9 6 1 ， 而 未 除 以 受 試 者 體 重 之 回 歸 相 關 係 數 則 是 R = 0 . 9 1 2 。 換 句 話 說 ， 呼 吸 儀 之 總 能 量 消 耗 / 公 斤 （ T E E / k g ） 與 高 精 密 三 軸 加 速 規 所 得 回 歸 相 關 係 數 較 高 ， 可 解 釋 之 變 異 量 亦 較 高 。 如 此 意 涵 建 議 ： 能 量 預 測 以 總 能 量 / 受 試 者 體 重 ， 較 精 確 ， 如 此 表 示 呼 吸 儀 之 能 量 消 耗 則 幾 乎 等 於 外 顯 功 。 又 本 實 驗 之 結 果 與 之 前 之 研 究 出 現 相 近 隻 結 果 ， 學 者 以 C S A 三 軸 加 速 規 紀 錄 小 朋 友 身 體 活 動 ， 穿 戴 二 個 同 款 式 三 軸 加 速 規 于 左 髖 、 右 髖 ， 結 果 能 量 消 耗 （ E E ） 與 活 動 c o u n t 相 關 係 數 r = . 8 6 和 r = . 8 7 ， P ＜ . 0 0 1 ( T r o s t e t a l . , 1 9 9 8 ) 。 本 實 驗 T E E / k g 與 活 動 c o u n t 之 皮 爾 森 相 關 係 數 r = . 9 6 1 ， P < . 0 5 如 此 ， 高 精 密 三 軸 加 速 規 實 具 信 效 度 計 錄 身 體 活 動 之 工 具 。
另 學 者 對 三 軸 加 速 規 研 究 室 外 中 等 強 度 身 體 活 動 之 效 度 ， 也 與 本 實 驗 實 為 相 近 ， 學 者 採 2 5 位 樣 本 ， 自 行 決 定 速 度 完 成 4 次 走 路 、 打 二 洞 高 爾 夫 、 室 內 洗 窗 戶 、 室 外 除 草 修 剪 樹 木 ， 能 量 消 耗 以 攜 帶 式 代 謝 系 統 測 得 ， 且 同 時 穿 戴 C S A 、 T r i t r a c 三 軸 加 速 規 ， 算 出 各 別 之 M E T 。 結 果 M E T 與 總 身 活 動 相 關 係 數 較 走 路 活 動 與 總 身 體 活 動 相 關 （ C S A , r = 0 . 5 9 ; T r i t r a c , r = 0 . 6 2 ） 呈 現 較 高 相 關 （ C S A , r = 0 . 7 7 ; T r i t r a c , r = 0 . 8 9 ）； M E T 和 加 速 規 之 c o u n t 端 賴 身 體 活 動 之 執 行 與 型 式 ， 但 無 法 測 得 上 肢 之 活 動 或 上 肢 載 重 ( H e n d e l m a n , M i l l e r , B a g g e t t , D e b o l d , & F r e e d s o n , 2 0 0 0 ) 。 如 上 述 之 研 究 與 本 實 驗 應 同 運 用 於 實 驗 室 外 身 體 活 動 只 是 將 能 量 消 耗 改 成 M E T， 本 實 驗 將 能 量 消 耗 也 化 為 M E T 則 呼 吸 儀 與 高 精 密 加 速 規 向 量 大 小 之 皮 爾 森 相 關 係 數 r = . 9 6 1， P ＜ . 0 5， 甚 至 高 於 上 述 研 究 之 r 值 甚 多（ 表 4 - 3 ）， 且 使 用 調 過 後 R 平 方 為 . 9 2 0， F（ 1 , 1 8 ） = 2 1 8 . 7 6 5 呈 顯 著 相 關 之 統 計 （ 表 4 - 4 ）； 另 當 身 體 活 動 愈 大 則 能 量 消 耗 愈 大 如 同 本 實 驗 快 跑 之 能 量 消 耗 必 大 於 走 路 與 靜 坐 之 身 體 活 動 ； 高 精 密 三 軸 加 速 規 也 測 得 較 大 之 c o u n t s， 所 以 ， 高 精 密 三 軸 加 速 規 實 具 信 效 度 作 為 能 量 預 測 之 工 具 。
表 4 - 4 呼 吸 儀 與 高 精 密 三 軸 加 速 規 之 相 關 加 速 規 c o u n t s M E T P e a r s o n 相 關 加 速 規 c o u n t s 1 . 0 0 0 . 9 6 1 M E T . 9 6 1 1 . 0 0 0 顯 著 性 （ 單 尾 ） 加 速 規 c o u n t s . 0 0 0 M E T . 0 0 0 個 數 加 速 規 c o u n t s 2 0 2 0 M E T 2 0 2 0 加 速 規 c o u n t s 為 × 1 06 表 4 - 5 呼 吸 儀 與 高 精 密 三 軸 加 速 規 之 相 關 模 式 模 式 R R 平 方 調 過 後 的 R 平 方 估 計 的 標 準 誤 變 更 統 計 量 R 平 方 改 變 量 F 改 變 df1 df2 顯 著 性 F 改 變 .961 .924 .920 .084 .924 218.765 1 18 .000 表 4 - 6 呼 吸 儀 與 高 精 密 三 軸 加 速 規 之 回 歸 模 式 模 式 未 標 準 化 係 數 標 準 化 係 數 t 顯 著 性 B 之 估 計 值 標 準 誤 差 Beta 分 配 （ 常 數 ） Count（ 百 萬 ） .240 .055 .035 .004 .961 6.957 14.791 .000 .000
