运动员的可穿戴和远程医疗设备

东京奥运会期间，奥组委配备了可穿戴设备可以实时跟踪和评估参赛运动员的生理、生物力学或生化参数。具体是通过启用Oracle 的云解决方案实时跟踪运动和生物识别数据，以提供对运动员活动的整体和全面概览。

目前设备应用的重点是跟踪并记录单个运动员的多个运动指标，例如距离、速度、步速、足部力学或摄氧量，并具有互连多个传感器的能力（图1）。除了通过连接的传感器接收到的指标外，该应用程序还提供空气和地表温度以及相对湿度的实时数据反馈。

图 1 实时跟踪和生物识别数据的定制应用系统

该技术的解决方案通过应用程序编程接口连接集成了实时数据传输，包括来自模型数据的环境条件（图1 )。运动员利用数字基础终端来获得所需的信息（图2）。

图 2 实时跟踪众多指标以提高体育赛事期间的安全性，特别是针对有运动中暑风险的运动员

智能手表和连接

当前为东京开发的应用要求“用户”佩戴智能手表，通过移动网络通过应用程序连接到我们的生态系统。该移动应用程序在所有使用 Android Wear OS[2.0] 操作系统和独立连接的智能手表上运行，克服了将智能手表与智能手机配对的需要。

传感器

过去 20 年，小型传感器或相关设备发展迅速，这些设备可以用在许多地方，包括人体内部和外部，也可以安装在体育活动中使用的设备上。鉴于在奥运会比赛期间日本的极端高温条件，我们优先考虑那些作为运动中暑 (EHS) 相关的的指标。考虑到这一点， 基于可用性和易用性，与生态系统相关的传感器被分配为“必不可少的”、“理想的”和“未来的”（汇总显示在表I 中）)。

表 I.-与生态系统相关的基本、理想和未来传感器的总结。

基本传感器

理想的传感器

未来的传感器

核心体温可摄入药丸传感器

无线脚戴式惯性传感器

心电图传感器

心率传感器

无线脚垫压力系统

汗液电解质和酸度参数

心率变异传感器

团队运动分析

实时连续血糖监测系统

游泳分析

基本传感器

核心体温可摄入“药丸”传感器

该系统适用于我们的平台和应用程序，是唯一可接受的直肠温度替代品。运动员在运动前服用药丸传感器（CorTemp [HQInc, FL, USA] 或 eCelsius [BodyCap, Caen, France]），以监测身体核心温度（图3）。

图 3 HQInc (A) 和 BodyCap (B) 的核心温度监测

这两种药丸都很容易吞咽并通过胃肠道而不影响身体机能，通常在 12 到 48 小时内即可开始工作。这两种系统都已用于各种运动的训练和比赛，没有任何副作用。一旦药丸启动并记录核心温度，数据收集就开始，直到运动或医疗和/或康复干预完成（例如冷水浸泡）。在比赛前服用药丸的时间是一个重要的考虑因素。另外可以选择在活动结束后通过腕带/脚踝带和智能手表实时传输所有数据。

心率传感器

每个运动员都将使用遥测心率监测器胸带（Polar Electro，Kempele，芬兰）来测量心率。选择基于胸带的监视器而不是腕戴式监视器的原因是基于胸带的传感器具有更高的准确性。腕戴式监测器传感器可以监测心率和血氧饱和度，并使用绿光反射，与其他灯相比，它对血红蛋白的吸收率更高。这些可穿戴设备的在安静时准确性已被证明是足够的，但在运动时会略微降低。

心率变异性 (HRV)

HRV 评估是通过间接评估心脏控制（尤其是自主神经系统）来监测疲劳和压力水平。监测这个变量还可以提醒运动员不同程度的压力，以及潜在的恢复不足。此外，国际体育赛事的特点是许多运动员患有时差和旅行疲劳，这可能会损害运动表现。HRV 监测可以进一步帮助识别长途飞行后未恢复好运动状态的运动员。

理想的传感器

无线脚戴式惯性传感器 (FWIS)

放置在每双鞋上的脚戴惯性传感器（Physilog、GaitUp、Renens）将用于测量步幅和足部力学，通过评估下肢的多个分量，例如左/右脚的接触时间(s)、节奏（步/分钟）、每只脚的撞击角度以及每只脚的可变性。脚戴惯性传感器和无线足垫压力系统 (FIPS) 以及专用信号处理算法将用于评估足部力学、压力和步态模式（图4）。

图 4 将无线脚戴惯性传感器和脚垫压力/力系统应用到跑鞋中进行生理和生物力学评估

另一个用于监测和处理的运动学参数是步幅变异性 (SV)。人类运动中生物力学特性的可变性反映了人体在日常生活活动（即步行、跑步、骑自行车、休息甚至睡眠）中发挥功能所需的机械重复任务期间执行的噪声。SV 信号是一个有趣的参数，可以提供有用的、迄今为止尚未确定的关于运动的见解。对于跑步，我们开发了特定算法来处理三轴加速度计、陀螺仪和气压数据，以计算接触、飞行、摆动和时间。这些传感器使我们的团队能够获得精英长跑运动员独特的运动学数据（图5）。

图 5 在跑步机上和户外跑步时的着地角和地面接触时间，比较了两种不同的市售跑鞋

无线脚垫压力系统 (FIPS)

鞋垫力（Loadsol，Evalu，德国慕尼黑）和压力（SCIENCE，Moticon，德国慕尼黑）传感器系统将用于测量足部动态和地面反作用力，通过评估下肢的冲击力和分布力，以及不同运动和鞋子条件下的足部压力分布和可变性（图4）。该技术曾用于步行时的伤害预防，并且可以识别特定运动动作中的伤害风险或过度疲劳。

游泳分析

每个运动员将使用头帽或泳衣中的惯性传感器和开发的算法来量化有氧总距离、总持续时间、单圈持续时间、圈数、每圈划水数、总划水数和游泳方式（自动检测方式：爬行、蛙泳、蝶泳）。存在具有类似功能的专用游泳传感器，例如“Phlex”、48 “Form”、49或“TritonWear”、50，它们是基于加速度计的设备，具有集成的心率传感器，能够实时识别和监控游泳运动。这些设备允许教练在手机/平板电脑/计算机上获取即时数据，从而允许教练向他/她的游泳运动员提供准确的个人反馈。

未来的传感器

心电图 (ECG) 传感器

无线心电图将用于真实生活条件和不同环境条件下的身体活动期间的 HRV 评估。这里的目的是识别和比较 HRV 是否会受到跑步和环境条件的影响，以及确定HRV与评估条件下下肢动力学和运动机制之间的相关性。这些措施可能有助于安全地解释热应变机制如何影响HRV和SV。

汗液电解质和酸度参数

高度微型化的传感芯片（能量收集传感器）将用于实时监测皮肤表面或皮肤下方的生化数据，通过评估汗液电解质和钠等不同指标。体育俱乐部及其医务人员可以使用此功能更好地设计训练计划的，以及预防伤害和加速恢复。

实时连续血糖监测（CGM）系统

这项技术最初是作为一种创新解决方案出现的，用于糖尿病患者的高血糖和低血糖波动。然而，人们对健康个体在高强度运动期间使用这些设备的有效性提出了担忧。鉴于上述情况，最新的实时 CGM 传感器的集成将取决于准确性和有效性测试，但如果证明有效，其在体育领域的实施将产生宝贵的影响。CGM（以及乳酸和其他代谢物）有望在精英运动员中广受欢迎，因为它们具有独特的能力，可以在一天中的任何时间、训练或比赛期间不引人注意地测量疲劳标志物并评估能量利用率。

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