Summary
在这里,我们提出了一个方案,通过分析下肢运动学,评估专业和业余选手在进行羽毛球最大右肺运动时损伤机制的差异。
Abstract
在模拟实验室羽毛球场的条件下,利用损伤机制模型对8名职业羽毛球运动员和8名业余选手的最大右冲运动进行了分析。该协议的目的是研究运动学和右膝和脚踝关节矩的差异。运动捕获系统和力板用于捕获下肢和垂直地面反应力(vGRF)关节运动的数据。过去6个月中没有运动损伤的16名年轻人参加了这项研究。受试者用右脚从起始位置执行最大右冲,踩上并完全接触力板,用下手击球击打后场的指定位置,然后返回起点/结束位置。所有受试者都穿着相同的羽毛球鞋,以避免不同羽毛球鞋的影响。业余选手在正面平面上表现出更大的脚踝运动和反向关节矩,在水平平面上显示更大的内部关节旋转矩。职业羽毛球运动员在下垂和正面平面上表现出更大的膝盖矩。因此,在制定训练计划时应考虑这些因素,以减少膝关节和踝关节运动损伤的风险。本研究模拟了真正的羽毛球场,并校准了受试者每个动作的活动范围,使受试者以高质量的自然状态完成实验动作。这项研究的一个局限性是,它不结合关节负荷和肌肉活动。另一个限制是样本量小,应该在今后的研究中加以扩展。本研究方法可应用于羽毛球项目其他步法的下肢生物力学研究。
Introduction
羽毛球一直是世界上最受欢迎的运动之一。在游戏中,表演肺的频率是相对较高的1。掌握快速执行隆起并返回起始位置或向另一个方向移动的能力至关重要。羽毛球不仅对羽毛球至关重要,而且对网球、乒乓球和其他运动也非常重要。
前肺被作为前十字韧带(ACL)缺陷和膝关节稳定性3,4的功能评估方法。研究表明,羽毛球运动员需要高肌肉力量和专业技术。一般来说,业余选手更注重技术训练,而不是肌肉力量训练。如果一个力量不足的人接受低质量的训练,训练时间就会变长,从而导致下肢超负荷,甚至运动损伤。
高强度训练导致下肢负荷较大,这可能是运动损伤的原因。下肢损伤占受伤总数的60%。对于男、女羽毛球选手来说,膝盖和脚是最脆弱的部分6,7,8,9。动力学数据分析可用于解释不同级别球员的下肢损伤。据报道,职业羽毛球运动员在重复的负荷运动后,特别是在显性腿的跟腱上,有相当大的内部流动。
报告显示,以前对球拍运动的研究主要是评估运动参数,但较少关注动力学2,10。当一个职业球员参加比赛时,压力集中在他们的跟腱和前膝肌腱上,特别是在占优势的肺腿5。在球拍运动中,对损伤的临床分析主要集中在下肢,超过58%,特别是膝盖和脚踝5,8,10,11,12, 13.
以前的研究已经评估了羽毛球14、15、16的生理指标和身体能力17、18、19、20的特点。.由于这些基本特点,提出了提高羽毛球选手训练效果和现场表现的基本动作。以往关于羽毛球的研究侧重于不同的运动或运动方向,而没有比较专业和业余羽毛球运动员的运动特点23、24、25 ,26,27.这些动态和关节运动的差异使他们容易受到不同的运动损伤机制的影响。
本研究的目的是研究职业羽毛球运动员和业余羽毛球运动员在运动学和动力学上的差异,以及显性腿的运动范围(ROM)。据推测,职业和业余羽毛球运动员在右前卫的肺脏中表现出差异,而更大的ROM会增加运动损伤的风险。
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Protocol
该实验得到了宁波大学体育科学学院伦理委员会的批准。所有参与者都签署了书面同意书,并被告知了肺实验的要求和过程。
1. 盖特实验室制备
- 校准、移除或覆盖体积中其他可能反射的物品时,避免阳光、光线和其他反射物的反射对识别的影响,并确保实验室内具有合理的荧光灯。
- 将加密狗插入 PC 并打开运动捕捉摄像机、专有跟踪软件、力平台放大器和外部模拟到数字转换器 (ADC)。
- 在模拟羽毛球场的两侧放置八台摄像机。初始化摄像机。从"系统资源"窗格中选择"本地系统"节点,如果选择正确,每个摄像机节点将显示绿灯。
- 在"相机"视图窗格中,单击"属性"以调整摄像机参数:将"斯特罗强度"设置为 0.95 到 1,将阈值设置为 0.2 - 0.4,将增益设置为时间 1 (x1),将灰度模式设置为"自动"。最小循环比为 0.5,最大 blob 高度为 50,然后选择启用LED。
- 在"透视"窗格中选择"相机",并将 T 帧放在力板上。 在"系统资源"窗格中,单击MX摄像机,然后选择多个摄像机来调整参数。
- 在"设置"部分中,设置所有选定摄像机的参数,以确保可以看到从每个摄像机传输的数据。
- 在T 帧的下拉菜单中选择5 个标记棒和 T帧,然后选择所有摄像机。
- 单击"属性"窗格右上角的拆分屏幕按钮。在"选项"面板中选择"相机位置",然后单击"扩展 Frustum"下拉菜单中的"关闭"按钮。
- 围绕捕获音量挥动 T 帧并停止,直到摄像机的蓝光停止闪烁。
- 启动校准,这意味着摄像机持续收集标记的数据,并在"工具"窗格下方的MX 摄像机校准反馈工具栏中显示收集的有效数据。完成校准;进度条返回为0%。确保图像错误中显示的值小于 0.3。
- 将 T 型框架放在力板(60 x 90 厘米)上,沿板边缘将轴放在上。确保 T 型框架的方向与实验方向一致。
- 确保 T 帧的原点也是捕获体积的原点。单击"工具"窗格中的"设置卷原点"中的"开始"按钮以设置原点。
- 要求受试者站在力板上。确认地面反应矢量的方向为向上。要求受试者从力板上走下来。
- 在开始试验之前,单击"强制",然后选择"零级别"。查找在 Wand 计数中收集的有效数据,并确保每台摄像机至少收集 1,000 帧有效数据。
- 准备16个直径为14毫米的标记,并提前粘贴双面胶带。
2. 主题准备
- 让潜在对象填写调查问卷。获得符合纳入标准的受试者的书面知情同意。
注:问题:(i)你打羽毛球多少年了？(二) 你参加过全国职业羽毛球比赛吗？(iii) 您是否遭受过任何运动损伤和接受手术？共有16名男选手参加了研究:8名职业羽毛球运动员和8名业余羽毛球运动员。 - 确定符合标准的主题。
注:条件包括以下项目。在研究前的六个月内,所有参与者上肢和下肢均未受任何损伤;受试者在实验前亦未参加任何高强度训练或比赛;对于所有受试者,右手和腿占主导地位。一半的科目是职业球员,一半是业余选手;结果产生了8个科目,即职业羽毛球运动员(年龄:23.4~1.3岁;身高:172.7~3.8厘米;体重:66.3~3.9公斤;羽毛球演奏年数:9.7~1.2岁),并参加过全国职业水平比赛,8岁业余羽毛球运动员(年龄:22.5~1.4岁;身高:173.2~1.8厘米;体重:67.5~2.3公斤;羽毛球演奏年数:3.2~1.1岁)。 - 要求受试者穿T恤和紧身短裤。
- 测量受试者的高度(毫米)和重量(公斤),以及从上等脊柱到脚踝内侧腿的左腿和右腿(mm)的长度,从中侧到侧膝的膝盖宽度(mm),以及从中直的脚踝宽度(mm)和脚踝宽度(mm)o 侧脚踝结。
- 标记解剖骨骼地标的皮肤区域,以放置制造商。
- 根据需要刮掉体毛,用酒精擦拭皮肤。
注: 标记位置包括双边位于前上部脊柱、后上级脊柱 (PSI)、侧大腿 (THI)、侧膝 (KNE)、侧侧侧骨质 (TIB)、侧脚踝 (ANK)、脚跟 (HEE) 和脚趾 (TOE) 的空间。
- 根据需要刮掉体毛,用酒精擦拭皮肤。
- 帕尔佩特托识别解剖地标。将 16 个标记粘贴在下肢上。
- 要求受试者穿同一品牌和系列的羽毛球鞋;然后,让他们自然地执行右前冲,并确保相机捕捉下肢的标记。
- 要求受试者在模拟球场上以舒适的低速进行右前冲,直到他们能够稳定地进行运动,并指示他们进行一些辅助练习(例如,行进肺腿伸展)以热身。
- 要求受试者在模拟球场上以舒适的高速执行右前冲,直到他们能以这种速度稳定地执行运动;然后,要求他们将右腿放在指定区域(图1中的位置B),并用手击打后场(位置C)。
- 指示受试者从起始位置 A (图1) 执行最大右前冲,并用手击打后场(位置 C),确保他们的右腿自然地踩上并完全接触力平台他们通过,受试者必须回到开始位置A后击中梭子。
3. 静态校准
- 打开数据管理以创建新数据库。选择位置,键入名称,然后选择"基于|临床模板;然后,单击"创建"。
- 选择主题的名称,然后单击"打开"。点击新患者分类 |新患者 |新的会话,以创建主题的信息。
- 在试验开始时,选择会话以捕获数据。返回到"Nexus"窗格,单击"主题",然后单击"新建主题"按钮。如有必要,重命名试验。
- 单击"上线",选择"水平拆分",然后选择"图形"以查看轨迹计数。
- 检查标记的编号(16,指示没有不需要的光污染,并且捕获了所有标记)。
- 开始捕获静态数据。在工具栏的"主题准备"部分中,选择"主题捕获"并单击"开始"按钮。要求受试者保持静止并捕获 200 帧图像。单击"停止"按钮。
- 单击"运行重建管道"以构造标记数据。选择"标签",在标记列表中标识,并将标签应用于相应的标记。单击"保存"按钮。按Esc键退出。
- 单击"主题准备",并在"主题校准"下拉菜单中选择"静态插件步态"。
- 单击新显示的"框架范围"窗口中的选项,并在弹出窗口中选择"左脚"和"右脚"。选择"开始"按钮,然后保存。
4. 动态试验
- 要求受试者处于正确的起始位置。
- 创建静态模板后,单击"转到实时"按钮并选择"捕获"。按顺序设置试用类型和会话。键入试用名称,说明是可选的。
- 单击最后一个选项中的"开始"按钮,在完成该过程后开始捕获和停止。只需重复每个试验的过程。
- 为了进行实验,要求受试者快速自然地进行肺活。确保每次试验之间有 2 分钟的间隔。
- 询问受试者执行正确的向前肺,其中最后一步是在力板上。要求受试者执行运动6倍。如果标记移动或掉落,请立即重新连接并再次捕获。
- 在受试者执行最大右前冲后选择"停止",然后返回位置 A(开始/完成位置)。
5. 后处理
- 使用特殊软件进行后处理。打开数据管理,双击"文件"下的x图标,然后单击"运行重建管道和标签"按钮;然后,单击"透视"窗格下的"播放"以播放捕获的视频。
- 在"透视"窗格下拖动进度栏上的指针,以设置视频的开始和结束时间。
- 将光标放在进度栏内,然后右键单击以选择"缩放至感兴趣区域"。
- 标识步骤与静态标识过程相同。检查标记并单击"填充"。检查是否通过观察其轨迹来识别所有标记。右键单击未标记的标记,然后选择"删除所有未标记的标记"。
- 单击"开始",文件将以 .csv 格式导出,以便进行后处理。
6. 数据分析
- 使用频率为 10 Hz 和 25 Hz 的低通巴特沃斯滤波器过滤运动学和动力学数据。
- 计算下垂、正面和水平平面上的膝盖和脚踝的ROM,并通过三维反向动力学的方法获得膝盖和脚踝的瞬间。
注:脚踝和膝盖的ROM是从三维运动平面上最大和最小关节角度获得的。 - 肺分为四个阶段,包括初始冲击峰(I,5%的姿势),二次冲击峰(II,20%的姿势),体重接受(III,40% - 70%的姿势)和驱动(IV,80%的姿势)。
- 使用受试者的权重标准化所有关节矩数据。
- 同时收集地面反应力和运动学数据。对于每个受试者,使用六个成功试验的运动学和动力学数据的平均值进行统计分析。
注:参数包括关节(即脚踝、膝盖和臀部)三维ROM以及膝盖和脚踝时刻。 - 将数据传输到软件进行分析。
7. 统计分析
- 使用职业球员和业余球员之间的独立抽样t测试,检查捕获的脚踝和膝关节和关节时刻的数据。使用双样本t-test 计算适当的受试者数。按平均值指示关节的 ROM 和时点。将显著性水平设置为p = 0.05。
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Representative Results
图 2显示了职业选手和业余选手在进行第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段(即初始冲击峰值、二次冲击峰值、体重接受和下车阶段)的平均 vGRF弓步。第一阶段、第二阶段和第三阶段没有显著差异。然而,职业球员的vGRF明显高于业余选手,显示出显著差异(图2)。
图3显示了职业选手和业余选手站立时的右膝和脚踝的三维平面。独立t-测试的结果揭示了职业球员和业余球员在脚踝的ROM之间的差异,与职业球员显示更大的ROM在下垂平面上的多西柔性/平面弯曲。脚踝在正面和水平平面上表现出显著差异。业余玩家在正面平面的反转/反转运动中呈现更大的ROM,但在水平平面的外部/内部旋转运动中呈现较小的ROM。膝盖表示专业选手和业余选手在水平平面的外部/内部旋转运动中存在显著差异。专业玩家在下垂平面的弯曲/延伸和正面平面上的诱拐/加演中显示更大的ROM。
图 4显示了玩家脚踝时刻的三维平面。业余选手在表演肺活时,在四个阶段呈现一个较小的植物弯曲矩或更大的多西弯曲矩。职业球员在进行隆起时,在体重接受阶段表现出更大的提升力矩,这显示出显著的差异,并且他们有一个较小的内部旋转矩或更大的外部旋转时刻在驱动关闭阶段时执行一个肺。图 5显示了膝盖的瞬间。职业球员在二次冲击峰阶段表现出较大的延伸时刻,表明差异显著,初始冲击峰的诱拐点较大。
图 1:实验协议。右脚自然踩上,在试验期间与力板完全接触。(A) 这表示开始/停止位置。(B) 这表示着陆位置.(C) 这表示航天飞机着陆区。请点击此处查看此图的较大版本。
图 2:说明羽毛球运动员在运动姿势中的平均垂直地面反应力(vGRF)(标准偏差)模式。在第三阶段,职业选手和业余选手之间存在显著差异。请点击此处查看此图的较大版本。
图 3:职业选手和业余选手在下垂、正面和水平平面上的脚踝和膝关节的ROM。(A) 这个面板显示下垂平面的结果.(B) 这个面板显示正面平面的结果.(C) 此面板显示水平平面的结果。误差条指示标准偏差。* 表示显著性水平p < 0 05。请点击此处查看此图的较大版本。
图 4:职业选手和业余选手在下垂(浮力弯曲/多西柔化)、正面(反演/反调)和水平(内部/外部旋转)平面上着陆姿势的脚踝关节矩的平均值。* 表示显著性水平p < 0.05。请点击此处查看此图的较大版本。
图 5:职业选手和业余选手在下垂(延伸/柔动)、正面(诱拐/增生)和水平(内部旋转)平面上着陆姿势的膝关节矩的平均值。* 表示显著性水平p < 0.05。请点击此处查看此图的较大版本。
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Discussion
大多数研究分析羽毛球运动运动的生物力学特性的缺点是忽视了羽毛球运动员的技术水平。本研究将受试者分为职业选手和业余选手,以探索在进行右前冲时不同级别关节ROM和关节矩的差异。
至于正面平面上的脚踝关节ROM,业余选手表现出比职业球员更大的ROM,显示出显著的差异,这可能与脚踝关节28的肌肉力量有关。至于正面平面上的脚踝关节瞬间,职业选手在体重接受阶段表现出更大的失感,与业余选手有显著差异,这可能与脚踝受伤的风险有关。业余选手表现出较小的脚踝的发感时刻,这可能是由于显性腿的不良肺着陆姿势造成的。有利于训练指导和脚踝康复。职业球员在下垂平面上的浮力弯曲/多西弯曲中有更大的脚踝矩。此外,业余选手表现出比职业球员更大的内部旋转时刻,表明存在显著差异,并表现出不同的脚踝稳定机制。
鉴于职业选手和业余选手在落地姿势上的差异,vGRF模式可分为四个阶段,即冲击峰、二次撞击峰、体重接受和下车(图2)。职业选手和业余选手在第四阶段发现的差异可能是由于精英羽毛球运动员有更强的膝盖扩展器30。
竞技体育的共同目标是减少运动损伤,延长运动员的运动寿命。对于业余运动员,建议制定全面合理的训练计划,规范正确的技术动作,特别是减少因错误着陆姿势造成的损伤。对于职业运动员,应考虑关节的承载能力,并可用于为运动员提供相关的防护装备和特殊运动器材,以减少韧带损伤32、33。
结果依赖于协议中的许多重要步骤。首先,有必要去除实验环境中的其他反射物,避免其对相机识别的影响,并确保实验环境中的荧光灯合理。其次,在实验期间,为了运动捕捉的精度,将摄像机参数调整到合理的范围至关重要。第三,识别解剖地标,准确地将标记附加到地标,并注意标记是移动还是丢弃,并及时正确重新连接,这一点至关重要。第四,在每次动态捕获之前,将力板校准到零电平至关重要。实验中的另一个关键步骤是数据后处理。这项研究的局限性之一是样本量小,应该在今后的研究中加以扩展。另一个限制是,在解释本研究结果时,没有收集专业和业余羽毛球运动员的下肢肌肉活动。肌肉的激活和力量在解释职业和业余羽毛球运动员之间的差异方面很重要。未来的研究应该评估不同水平技能的球员的不同运动特征,结合关节负荷和肌肉活动。
研究结果表明,职业羽毛球运动员和业余羽毛球运动员之间存在不同的受伤风险。业余羽毛球运动员在制定训练计划和防伤策略时应考虑这些差异,以减少对脚踝和膝盖的潜在伤害。
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Disclosures
作者没有什么可透露的。
Acknowledgments
这项研究由中国国家自然科学基金(81772423)、宁波大学黄麦格纳基金、中国社会科学基金会(16BTY085)发起。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Motion Tracking Cameras | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | n= 8 | |
| Valid Dongle | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | Vicon Nexus 1.4.116 | |
| Force Platform Amplifier | Kistler, Switzerland | n=1 | |
| Force Platform | Kistler, Switzerland | n=1 | |
| Vicon Datastation ADC | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - | |
| T-Frame | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - | - |
| 14 mm Diameter Passive Retro-reflective Marker | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | n=16 | |
| Double Adhesive Tape | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | For fixing markers to skin | |
| Badmionton racket | Li-ning, China | BADMINTON RACKET CLUB PLAY BLADE 1000 [AYPL186-4] |
MATERIAL: Standard Grade Carbon Fiber WEIGHT: 81-84 grams OVERALL LENGTH: 675mm GRIP LENGTH: 200mm BALANCE POINT: 295mm TENSION: Vertical 20-24 lbs, Horizontal 22-26 lbs |
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