【摘 要】
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研究目的:使用可穿戴设备进行运动评估具有实时性、准确性、便携性等优势,是目前运动研究领域的一个研究热点。在CPET（心肺运动试验）中,借助于可穿戴设备可以对运动员的心脏和呼吸系统数据进行动态的、实时的采集和评估。相比较于传统测量方法,基于可穿戴设备的CPET能够提供更加准确、丰富的运动数据,发现潜在的动态风险,并获得更多的预后信息,因此在运动监测、运动损伤的预防、运动训练研究等领域都有着广泛的应用
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研究目的:使用可穿戴设备进行运动评估具有实时性、准确性、便携性等优势,是目前运动研究领域的一个研究热点。在CPET（心肺运动试验）中,借助于可穿戴设备可以对运动员的心脏和呼吸系统数据进行动态的、实时的采集和评估。相比较于传统测量方法,基于可穿戴设备的CPET能够提供更加准确、丰富的运动数据,发现潜在的动态风险,并获得更多的预后信息,因此在运动监测、运动损伤的预防、运动训练研究等领域都有着广泛的应用。基于此,本研究通过可穿戴设备采集运动员的动态心肺功能参数,在数据库理论的基础上建立起科学有效的数据库系统,合理管理和分析远动员的运动心肺功能参数,为训练和科研提供指导,为运动员防范运动损伤起到一定的预警作用。研究方法:通过对41位运动员（均为现役运动员,无既往疾病史）进行5种不同的运动项目（篮球、足球、排球、中长跑、网球）实施运动心肺功能试验,实时监测不同运动强度下运动员的心率、摄氧量、二氧化碳排出量、呼吸频率等心肺功能参数的动态变化,共搜集83组运动心肺功能数据。每种训练项目制定科学可行的运动方案,均包括热身阶段、峰值运动阶段和恢复阶段。以1500m中长跑为例,试验包括4个阶段:静息阶段、热身阶段、峰值运动阶段和恢复阶段。考虑到环境稳定、易于操作、可直接记录等因素,测试选择在室内跑台进行,让受试运动员提前熟悉测试设备。测试过程中,要求运动员全力配合试验,同时监控运动员状态,如发现异常信号或自述身体不耐受可提前终止试验。受试运动员佩戴可穿戴设备POLARH10,静息阶段测定心肺参数的静息值。热身阶段起始跑速较慢,以后逐渐提高跑速,热身阶段维持3分钟,而后进入峰值运动阶段。在峰值运动阶段,继续缓慢提高跑速,每次跑速的提高幅度不要过大,且维持原有速度达到25秒以上后才再次提高跑速,直至达到心率峰值或运动员自述感到精疲力竭,开始降低跑速逐渐进入恢复状态。总测试时间为15分钟,期间获得远动员在运动过程中心肺参数的变化数据,整个过程记录动态心肺参数的时间点在35-40个之间。每一次完整的心肺运动试验对应一组心肺参数数据集。结果:每一组心肺参数数据集包含运动员基本信息和运动心肺功能数据。运动员基本信息通过问卷获取,心肺功能数据集通过运动员佩戴可穿戴设备POLAR H10并协同相关软件获取数据,包括动态ECG、HR（心率）、VO2（每分钟摄氧量）、VCO2（每分钟二氧化碳排出量）和BR（呼吸频率）等,并包含训练日志。考虑到VO2max（最大摄氧量）、AT（无氧阈）、RER（每分钟二氧化碳排出量与摄氧量的比值）等参数对于运动员心肺功能评价的价值,在原始数据采集后,使用原始数据计算出以下目标参数,包括:VO2max、RER、VE（潮气量和呼吸频率的乘积）,并根据心率无氧阈测定方法计算出每一位运动员的AT值。研究结果:采用My SQL5.6.22数据库管理系统,基于实体-关系模型,遵循关系模式的规范化理论,对采集的数据设计概念模型,进而绘制E-R模型,分析表结构和字段,生成数据库。数据库中包含项目运动员信息表（运动员ID为主键,存储运动员基本信息:性别、年龄、体重、身高、是否吸烟、是否饮酒、既往疾病史、周训练次数）、项目数据集表（运动员ID与数据集ID为组合主键,存储字段:试验时长、试验日志）、静息阶段数据表（数据集ID为主键）、峰值运动阶段数据表（数据集ID为主键）、恢复阶段数据表（数据集ID为主键）。其中,静息阶段数据表中关键字段包括:采集时间、FVC（用力肺活量）和FEV1（一秒用力呼气量）、SVC（慢肺活量）、IC（深吸气量）和MVV。峰值运动阶段数据表中包括:采集时间、BR、VO2、VCO2、HR、VO2max（最大摄氧量）、RER、AT、VE。整个数据库的设计遵循关系模型的三类完整性约束,各数据表之间通过主键与外键设置表间关系,便于后期通过运动项目、运动员ID、数据集ID等索引访问数据。另外,通过对数据的复杂计算查询、数据透视表等手段对数据进行分析挖掘出更有价值的信息,如VO2max与运动效率之间的联系,发现高强度运动引发的心肌缺血,平日训练强度对心率、无氧阈的影响等。研究结论:多参数运动心肺功能数据库的创建通过对运动员运动中的心肺数据进行实时采集、整理、计算和分析,能够迅速、准确地挖掘到更多心肺参数指标,为评价运动员的呼吸、代谢及循环功能提供了数据支持,有利于不同运动项目的心肺适应性的研究,为运动心脏损伤及运动猝死的预防提供有力的数据参考,同时可以帮助科研人员制定训练计划,科学地指导各种针对性训练。
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