My jump 2应用程序测量大学生下肢垂直刚度的信度和效度

doi:10.12307/2023.850

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (2): 172-176.doi: 10.12307/2023.850

• 组织构建与生物力学 tissue construction and biomechanics • 上一篇下一篇

My jump 2应用程序测量大学生下肢垂直刚度的信度和效度

宋维君1，毛鑫玉2，陈超2，王志海2，曲开源2，杨明明2，王丹2

1成都体育学院附属体育医院，四川省成都市 610041；2上海体育学院，竞技运动学院，上海市 200438

收稿日期:2022-06-28 接受日期:2022-11-17 出版日期:2024-01-18 发布日期:2023-06-29
通讯作者: 王丹，博士，教授，上海体育学院，竞技运动学院，上海市 200438
作者简介:宋维君，男，1986年生，四川省成都市人，汉族，主治医师，主要从事运动骨伤研究。毛鑫玉，女，1998年生，湖北省黄冈市人，汉族，硕士，主要从事疲劳恢复研究。
基金资助:
“上海市海外高层次人才”计划(TP2019072)，项目负责人：王丹；江苏省高校自然科学研究面上项目(17KJB320008)，项目负责人：王丹；上海市人类运动能力开发与保障重点实验室(上海体育学院)(11DZ2261100)，项目参与人：王丹；成都体育学院附属体育医院临床创新课题(LCCX20B01)，项目负责人：宋维君

Reliability and validity of My Jump 2 application to measure lower limb vertical stiffness of college students

Song Weijun1, Mao Xinyu2, Chen Chao2, Wang Zhihai2, Qu Kaiyuan2, Yang Mingming2, Wang Dan2

1Sports Hospital affiliated to Chengdu Sports University, Chengdu 610041, Sichuan Province, China; 2School of Elite Sport, Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China

Received:2022-06-28 Accepted:2022-11-17 Online:2024-01-18 Published:2023-06-29
Contact: Wang Dan, PhD, Professor, School of Elite Sport, Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China
About author:Song Weijun, Attending physician, Sports Hospital affiliated to Chengdu Sports University, Chengdu 610041, Sichuan Province, China Mao Xinyu, Master, School of Elite Sport, Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China
Supported by:
Shanghai Overseas High-Level Talents Program, No. TP2019072 (to WD); Natural Science Research Project of Jiangsu Universities, No. 17KJB320008 (to WD); Shanghai Key Laboratory of Human Movement Development and Protection (Shanghai University of Sport), No. 11DZ2261100 (to WD [project participart]); Clinical Innovation Project of Sports Hospital of Chengdu Sports University, No. LCCX20B01 (to SWJ)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

下肢垂直刚度：通常用于描述下肢在矢状面上的运动，是指身体质心在垂直地面反作用力下的变形程度，描述了最大垂直地面反作用力与垂直重心位移之间的比率。
信效度：信度即测量工具的可靠性，效度即测量工具的有效性、准确性。

My jump 2应用程序：该应用程序为Balsalobre等在苹果系统中发布的应用程序，可进行垂直方向上如反向纵跳、深蹲跳、跌落跳跳跃高度和水平方向立定跳远距离的测量，兼具下肢垂直刚度测量的功能。

背景：证实My jump 2应用程序测量下肢垂直刚度的信效度水平，可为其作为Kistler三维测力台测量下肢垂直刚度的替代方法提供可能性。
目的：验证My Jump 2应用程序测量大学生下肢垂直刚度的信效度。
方法：通过Kistler三维测力台和My Jump 2应用程序采集受试者的跳深数据并计算受试者的下肢垂直刚度。采用组内相关系数分析My Jump 2应用程序与Kistler三维测力台测得的数据，以验证My Jump 2应用程序的信度。将2个设备之间的偏倚值和平均值绘制成Bland-Altman图，验证2种测试方法之间的一致性。最后，使用克朗巴哈系数(α)和变异系数分析My Jump 2应用程序在30，40 cm高度的重测信度，使用皮尔逊积矩相关系数分析My Jump 2 应用程序的相关性。

结果与结论：①My jump 2应用程序在测量下肢垂直刚度时具有较高的信效度；②同时由于其具有低成本、携带便捷和可用于大样本的场地测试的优势，可作为测力台的替代工具在大学生以及类似人群中对下肢垂直刚度进行测试。

https://orcid.org/0000-0003-1528-239X(毛鑫玉)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 下肢刚度, 信度, 效度, 跳深

Abstract: BACKGROUND: Confirming the reliability and validity of the My jump 2 application for measuring lower limb vertical stiffness may offer the possibility of it as an alternative to the Kistler three-dimensional force platform for measuring lower limb stiffness.
OBJECTIVE: To verify the reliability and validity of the My Jump 2 application in measuring lower limb vertical stiffness of college students.
METHODS: The drop jump data of the participants were collected through the Kistler three-dimensional force platform and the My Jump 2 application, and the vertical stiffness of the participants’ lower limb vertical stiffness was calculated. The intraclass correlation coefficient was used to analyze the data measured by the My Jump 2 application and the Kistler three-dimensional force platform, attempting to verify the reliability of the My Jump 2 application. The bias and average between the two devices were drawn into a Bland-Altman diagram to verify the consistency between the two test methods. Finally, the test-retest reliability of the My Jump 2 applications at 30 cm and 40 cm was analyzed using the Cronbach’s alpha (α) and coefficient of variation. Pearson product-moment correlation was used to analyze the correlation of My Jump 2 applications.
RESULTS AND CONCLUSION: My Jump 2 application has high reliability and validity when measuring the vertical stiffness of the lower limb. At the same time, due to its advantages of low cost, convenient portability and field testing for large samples, it can be used as an alternative to the Kistler three-dimensional force platform to test the vertical stiffness of the lower limb in college students and similar populations.

Key words: lower limb stiffness, reliability, validity, drop jump

中图分类号:

宋维君, 毛鑫玉, 陈超, 王志海, 曲开源, 杨明明, 王丹. My jump 2应用程序测量大学生下肢垂直刚度的信度和效度[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(2): 172-176.

Song Weijun, Mao Xinyu, Chen Chao, Wang Zhihai, Qu Kaiyuan, Yang Mingming, Wang Dan. Reliability and validity of My Jump 2 application to measure lower limb vertical stiffness of college students[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(2): 172-176.

图/表（结果） 9

2.1 参与者数量分析 14名受试者均完成了测试，全部进入结果分析。
2.2 试验流程图见图2。

2.3 正态分布检验通过制作P-P图以及Kolmogorov-Smirnov检验可知，所有数据均呈正态分布：测试1(Kislter 30 cm：P=0.817；Kislter40 cm：P=0.953；APP30 cm：P=0.519；APP 40 cm：P=0.204)，测试2(Kislter 30 cm：P=0.750；Kislter 30 cm：P=0.821；APP 30 cm：P=0.738；APP 40 cm：P=0.670)，P值均 > 0.05。
2.4 信度分析统计结果发现My Jump 2应用程序和Kistler三维测力台测得的Kvert值有较高的信度：测试1(Kvert 30 cm：ICC=0.936，95%CI=0.813-0.979，P < 0.001；Kvert 40 cm：ICC=0.917， 95%CI=0.762-0.973，P < 0.001)，测试2(Kvert 30 cm：ICC=0.955，95%CI=0.868-0.985，P < 0.001；Kvert 40 cm：ICC=0.966，95%CI=0.897-0.989，P < 0.001)，见表2。My Jump 2应用程序对每个参与者测试1和测试2的Kvert值显示出较高的稳定性(Kvert 30 cm：α=0.673，P < 0.001，CV=9.2%；Kvert 40 cm：α=0.879，P < 0.001，CV=5%)和重测信度(Kvert 30 cm：ICC=0.507，95%CI=-0.100-0.810；Kvert 40 cm：ICC=0.783，95%CI=0.451-0.925)，见表3。

2.5 效度分析根据皮尔逊积矩相关系数显示，My Jump 2应用程序和Kistler三维测力台测量值之间的Kvert相关性较高：测试1(Kvert 30 cm：r=0.947，P < 0.001；Kvert 40 cm：r=0.921，P < 0.001)，测试2(Kvert 30 cm：r=0.957，P < 0.001；Kvert 40 cm：r=0.967，P < 0.001)，见表4。此外，根据Bland-Altman图可知，大多数值在95%一致性界限内，可见一致性较高，见图3-6。

2.6 不良事件所有受试者测试过程中均未发生运动损伤及跳深测试而发生的肢体损伤等不良反应。

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引言

刚度(stiffness)的概念来自胡克定律，可以描述为物体在外力作用下对抗变形的能力[1-2]。就人体而言，刚度是由肌肉、肌腱、韧带、软骨和骨骼等相互作用的结果[3]。刚度过高会导致骨损伤，刚度过低则可能导致软组织损伤[1]。此外，刚度不仅可以作为运动员运动表现的评估指标，也可作为运动员选材的重要指标[4]。垂直刚度(vertical stiffness，Kvert)通常用于描述下肢在矢状面上的运动，是指身体质心在垂直地面反作用力下的变形程度[3]，描述了最大垂直地面反作用力(vertical ground reaction force，vGRF)与垂直重心位移之间的比率[5]。Kvert是平均vGRF负荷率的最佳预测因子[6]，已被用来解释和预防下肢损伤。较高的刚度导致损伤风险增加[7]，这可能是由于运动中冲击力、峰值力的增加以及下肢关节活动减少所致[8]。同样，运动员表现出较低的下肢刚度可能会增加由于过度的关节运动造成软组织损伤的可能性[8]。此外，Kvert是变向能力的最强预测因子[9]。MALONEY等[9]发现变向能力强的健康男性具有更大的 Kvert。大量研究还表明，Kvert与跳跃触地时间[10]、跑步速度[10]、跳跃高度[11]、起跳速度[12]、投掷、耐力跑、冲刺和变向能力等运动表现的提升有关[8]。能够表现出较大刚度特性的运动员，在接触地面的阶段将储存更多的弹性势能，并在离地时产生更多的向心力输出，从而提高跑步速度和跳跃高度[13]。目前Kvert已被纳入专业澳式橄榄球运动员的筛查准备，且被建议也可对其他运动项目产生益处[14]。因此，Kvert对于评估运动员的损伤风险和运动潜能具有重要价值。
评估Kvert通常需要使用三维测力台，它是生物力学研究中常用的测量设备。在各种衡量跳跃表现的测试方法中，测力台被视为“金标准”测试方法。但三维测力台价格昂贵，运输不便，且它的使用受限于实验室环境，操作耗时，在进行测试和数据分析时要求测试人员具备较扎实的专业知识[15]。因此，有必要考虑更为经济、便捷的测试方法来评估Kvert。随着智能手机的普及，各类应用程序在体育科研和实践中变得较为普遍。Balsalobre等发布的My Jump 2应用程序价格低廉(10美元)，可通过手机摄像头拍摄动作视频并完成Kvert的测量。比如在常用于测量Kvert的动作跳深中，测试人员可在My Jump 2应用程序中手动选择跳深的起跳帧(受试者起跳时足趾离地瞬间)和着陆帧(受试者落地时足趾首次触地瞬间)以计算Kvert。My Jump 2应用程序具有操作便捷、容易携带和成本低的优势，实现了在实验室环境以外的区域进行Kvert的评估[16]。已有研究证实My Jump 2应用程序在垂直方向上(如反向纵跳、深蹲跳、跳深)跳跃高度和水平方向立定跳远距离的测量上具有较高的信效度[12]，但还没有相关研究验证My Jump 2 应用程序测量Kvert的信效度。此外，前人研究仅验证了较早版本My Jump应用程序在垂直方向上跳跃高度和水平方向立定跳远距离的测量上具有较高的信效度。如在一项验证其在测量30 cm高度跳深跳跃高度的信效度研究中，测试使用的手机版本为iPhone 6 s(240 fps，720 P)，但该研究未验证该应用程序对反应力量指数、触地时间、腾空时间等参数测量的信效度，而上述参数在My Jump应用程序中被用于Kvert值的计算[17]。此外，虽然My Jump应用程序在测量跳深跳跃高度上信效度较高，但同测力台测得的数据相比存在低估跳跃高度的现象[17]。还有研究证明使用iPhone 6(240 fps，720 P)中的My Jump应用程序测量40 cm高度的跳深跳跃高度也具有较高的信效度[11]，相关参数如跳跃高度、反应力量指数、触地时间、平均频率等均具有较高的信效度，但My Jump应用程序在测量跳深跳跃高度时同样存在低估现象[18]。
与此同时，应用程序和iPhone智能手机也在不断升级和更新以适应用户需求。My Jump应用程序已更新至My Jump 2版本，iPhone智能手机以每年一版的速度更新，其摄像头的配置也拥有了更高帧数率。前人研究认为较低帧速率和分辨率的手机摄像头可能会降低跳跃高度评估的准确性[10]，因而，此次研究选用新版本iPhone手机中My Jump 2应用程序来评估Kvert值测量的信效度。为避免受试者个人(缺乏跳跃经验、下肢损伤)因素对此次研究My Jump 2应用程序信效度研究的影响，此次研究纳入的受试者为体育专业的大学生。该人群有一定的训练基础，且作为体育专业的学生有跳跃经验(包括跳深)或经过学习后能较好地完成跳深动作，从而减少因受试者不熟悉跳深动作而导致的测试误差。因而，此次研究目的是验证iPhone12 Pro手机(240 fps，1 080 P)中的My Jump 2应用程序测量大学生Kvert的信效度，为Kvert的评估提供便捷高效的测试方法，以期推广该变量在损伤预防及运动表现中的应用。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1.1 设计信效度测试试验，采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient，ICC)分析My Jump 2应用程序与Kistler三维测力台测得的数据，以验证My Jump 2应用程序的信度。
1.2 时间及地点试验于 2020 年12月在上海体育学院运动人体科学实验室完成。

1.3 对象选择14 名在校大学生，其中男10 名，女4 名(表1)。使用G*Power 3.1.9.2统计软件计算样本量，其中Correlation=0.9[18]，α=0.05，Power=0.80，此时所需样本总量为6人，考虑到样本量的流失率，此次研究共纳入14 名受试者。受试者知晓此次研究的目的、测试流程、测试要求及存在的风险，并签署知情同意书。此研究方案的实施符合上海体育学院的相关伦理要求(伦理编号：102772020RT100)。

纳入标准：①从事规律(每周至少运动3次，每次至少1.5 h)体育锻炼的大学生；②在测试前48 h内没有参与任何力量、跳跃或高强度的训练[12]。
排除标准：①近3个月出现严重的下肢损伤(肌腱、韧带、髌股关节、踝关节等损伤造成的近3个月无法从事规律的体育运动等)；②身体某部位出现任何形式的剧烈疼痛(影响受试者完成跳深测试)[16]。

1.4 方法通过一块90 cm×60 cm×10 cm的嵌入式Kistler三维测力台(9287BA，Kistler 公司，瑞士)，见图1，以1 000 Hz的频率采集受试者的跳深数据。

每位受试者在第一次测试时，进行5 min热身后分别在2个高度下(30，40 cm)完成3次跳深测试(测试1)。要求受试者从台阶上无初速度跌落，屈髋屈膝落地后迅速向上跳起，在整个跌落和跳跃的过程中始终保持双手置于髋关节上[19]。为了避免鞋袜对实验的影响，受试者被要求脱鞋脱袜进行测试。每次跳跃之间有90 s的休息时间[20]。My Jump 2应用程序与测力台同时对跳深动作进行测量，测试时手机(iPhone12 Pro，240 fps，1 080 P)始终被固定于受试者正前方距离测力台1.5 m远处[21]。间隔3 d后受试者重复上述测试(测试2)。在使用My Jump 2应用程序测量Kvert时，先添加受试者以及受试者的基本信息(姓名、体质量、腿长)，随后受试者进行跳深测试，完成跳深测试后输入受试者跳深测试时的跌落高度(0.3，0.4 m)，即可得到Kvert值。
此次研究使用Visul3D生物力学分析软件(版本号：5.0)对Kistler三维测力台采集到的数据进行滤波(低通滤波：50 Hz)和分析。将其着地阶段划分为2个时期：①离心期：从初始触地到膝关节屈曲最大时刻；②向心期：从膝关节屈曲最大时刻到脚尖离地时刻[22]。
选取Kistler三维测力台采集跳深过程中着地缓冲-蹬伸跳起-落地静止过程中的vGRF(垂直方向Z轴轴线)，其峰值为最大垂直地面反作用力(Fmax)，由腾空时间推算出人体重心垂直位移[23]。选取vGRF首次超过20 N时为足触地时刻，选取vGRF首次低于20 N时刻表示足离开测力台时刻，计算Kvert值。公式为Kvert=Fmax /Δy(Fmax=最大垂直地面反作用力，Δy=髋关节从脚尖落地至蹲至最低点过程中重心的最大垂直位移)，Fmax=m×g×π×(tf/tc+1)/2，Δy=g×tc(tf+tc)/2π+gtc2g，其中，m是人体质量，g 是重力加速度，tf 为腾空时间，tc为支撑时间[24]。
1.5 主要观察指标通过Kistler三维测力台和My Jump 2应用程序采集受试者的跳深数据并计算受试者的下肢Kvert。
1.6 统计学分析采用 IBM SPSS Statistics Version 20 进行统计分析，数据均以x±s来表示。使用P-P图和Kolmogorov-Smirnov检验数据是否呈正态分布。采用可靠性分析中的ICC分析My Jump 2应用程序与Kistler三维测力台测得的数据，并进行对比以验证My Jump 2应用程序的信度。其次，使用克朗巴哈系数(cronbach’s alpha，α)和变异系数(coefficient of variation，CV)分析My Jump 2应用程序在不同高度重复测量时的稳定性；使用双变量相关性分析中的皮尔逊积矩相关系数(Pearson，P)来分析My Jump 2应用程序的相关性。将My Jump 2应用程序与Kistler三维测力台2种测试方法测量每个对象的平均值和差值绘制成Bland-Altman图，以验证2种测试方法之间的一致性。该文统计学方法已经由上海体育学院专家审核。

讨论

此次研究发现，与Kistler三维测力台相比，新一代iPhone 12 Pro手机中应用程序My Jump 2在测量大学生Kvert方面有较高的信度和效度水平。My Jump 2应用程序和Kistler三维测力台测得的Kvert值有较高的信度和较高的重测信度，以上表明My Jump 2应用程序在测量Kvert方面有较高的信度水平。且My Jump 2应用程序和Kistler三维测力台测量值之间的Kvert相关性较高，表明My Jump 2应用程序在测量Kvert方面有较高的效度水平。据作者所知，此次研究是第一项关于My Jump 2应用程序测量Kvert值信效度的研究。
ICC常用来验证测量的信度，有研究提出ICC < 0.50、0.50-0.75、0.75-0.90和 > 0.90分别代表较差、中等、良好和优秀的信度[25]。此次研究中My Jump 2应用程序和Kistler三维测力台测得的Kvert值的ICC值分别为0.936，0.917，0.955，0.966，均达到了优秀的信度水平。My Jump 2应用程序在30 cm和40 cm高度重复测量2次的Kvert值的ICC值分别为0.507，0.783，分别位于中等、良好的信度水平。α为0.7-0.9通常被认为良好的信度水平，> 0.9 则被认为是优秀的信度水平[26]。此次研究My Jump 2应用程序在30 cm和40 cm高度重复测量2次的Kvert值的α分别为0.673及0.897，均为良好的信度水平。也有研究报道，对于生物力学变量，CV≤10%表明测量值具有良好的内部一致性[27]。此次研究的My Jump 2应用程序在30 cm和40 cm高度重复测量2次的Kvert值的CV分别为9.2%及5%，均小于10%，表明信度较高。r值范围 0.31-0.50，0.51-0.70，0.71-0.90，0.91-0.99 分别对应相关性中等、高、非常高和接近完美[28]，此次研究中My Jump 2应用程序和Kistler三维测力台测得的Kvert值的r值分别为0.947，0.957，0.921，0.967，均位于接近完美水平。此外，Bland-Altman图可很好地代表2种测量工具之间的一致程度[29]，根据此次研究的Bland-Altman图(图3-6)显示，数值均位于95%一致性界限内，表明两设备存在较强的一致性。
测力台虽然被视为衡量跳跃表现的“金标准”测试方法，但其使用受到环境、经济、时间和专业知识的限制。而此次研究发现，My Jump 2应用程序作为一个简易便携的测量程序，可替代Kistler三维测力台对Kvert值进行评估。但My Jump 2应用程序在测量Kvert值时仍可能存在低估现象，这与前人关于采用My Jump 2应用程序评估跳深跳跃高度的研究相一致。此次研究发现，这种低估现象在40 cm高度完成跳深动作测量Kvert值较明显，具体表现为：两设备在30 cm高度测得的Kvert值分别相差6.72 N/m(测试1)、6.02 N/m(测试2)，在40 cm高度测得的Kvert值分别相差10.66 N/m(测试1)、13.05 N/m(测试2)。这种差异产生的原因可能为：首先，My Jump 2应用程序中使用的受试者体质量为体质量秤所测得，而Kistler三维测力台则是在每次跳跃前测力台测量的受试者体质量，二者测得的体质量值差异也是影响Kvert 值计算的重要因素[30]。其次，此次研究使用iPhone12 pro手机拍摄视频，该手机支持4K每秒传输帧数120/240拍摄视频，大幅提高了My Jump 2应用程序评估Kvert值的精度。但是，尽管此次研究使用了新版本的手机，iPhone12 pro手机摄像头目前的帧数仍可能同前人研究一样，存在错过精确的着陆帧和起跳帧的可能性[31]，进而产生误差，导致My Jump 2应用程序在评估大学生Kvert 时仍存在低估现象。第三，在使用需要人工输入以手动识别视觉标志的评估工具时，测试员内部和测试员之间的信度都是需要重点考虑的因素，测试员使用My Jump 2应用程序的经验、测试员的拍摄位置和评估视角等均可能导致测试数据的差异。例如，一个或多个测试员可对同一名受试者进行测试，每个测试员测试经验的不同可能导致视频分析时的不同意见[32]。此次研究也存在一定的局限性，如仅针对大学生人群使用My Jump 2测量Kvert的信度和效度进行了研究，将来可对其在其他人群如运动员或中老年人群中Kvert评估的信度和效度进行验证，以扩大该APP的应用范围。
结论：My Jump 2应用程序在大学生人群中测量Kvert时具有较高的信度和效度水平，同时具有低成本、携带便捷和可用于大样本的场地测试的优势，因而可作为测力台的替代工具在大学生中对Kvert进行测试。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

My jump 2应用程序测量大学生下肢垂直刚度的信度和效度

Reliability and validity of My Jump 2 application to measure lower limb vertical stiffness of college students

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