一种基于惯性测量单元的现场评估团队运动运动员髋关节与膝关节运动学的方法

训练与恢复之间的合理平衡可促进人体产生适应性变化。监测这一训练过程对于优化运动表现和降低受伤风险至关重要。该传感器装置的主要优势在于其专注于运动员的下肢，从而为当前领域内的监测系统提供额外的信息。

团队运动（如足球和曲棍球）的特点是频繁快速地改变方向、加速和减速。这需要特定的传感器设置。肌肉损伤在团队运动中是一个严重问题，我们认为通过这种方法，可以减少此类损伤，同时提升运动表现。

本实验操作的示范者为本团队的博士研究生Bram Bastiaansen和Erik Wilmes。获取符合纳入标准的受试者的书面知情同意书。让受试者填写一份关于其团队运动背景的问卷。

获取受试者的性别、年龄、体重和身高的信息。受试者更换为运动服装后，将所有惯性测量单元（IMU）并排对齐，并按下传感器顶部的按钮以激活IMU。当绿色指示灯闪烁时，表示传感器已激活。

然后，将所有惯性测量单元（IMU）在坚硬表面上轻敲一下，以确保产生机械峰值。在安装IMU之前，需剃除受试者两侧髂后上棘之间骶骨区域、双侧胫骨前内侧以及双侧大腿外侧的体毛。所有区域剃毛后，以扫动方式将粘合喷雾涂抹于暴露的皮肤上，并保持喷雾装置距离皮肤至少10厘米。

等待喷雾干燥5到10秒后，揭除IMU上双面胶带的保护层，并将每个IMU放置在剃毛后的指定位置。传感器的放置是现场准确估算下肢运动学参数的关键步骤。记录下每个IMU的标签及其对应的解剖位置，以供后续参考，并在每个测量单元上覆盖弹性固定胶带，确保传感器牢固贴附于皮肤。

为校准惯性测量单元（IMU）传感器，请指示受试者以中立姿势站立不动，双脚与髋同宽，双手置于身体两侧，持续五秒钟。接着，指示受试者执行校准程序，依次完成左侧髋关节屈曲、右侧髋关节屈曲以及弯腰动作。等待至少五秒后，让受试者重复一次该校准程序。

在开始30米直线冲刺测试之前，指导受试者进行热身程序。测试开始时，指示受试者站在场地上，将其惯用脚置于起跑线上，双肩位于起跑线后方。告知受试者，测试负责人将从3倒数至0，并喊出“开始”。

指导受试者以尽可能快的速度冲刺至30米终点，到达后应尽快减速直至完全停止。允许受试者在需要时提出问题并进行一次练习跑。确认受试者准备就绪后，确保其处于正确的起始位置，然后由测试负责人启动测试。

当发出起始信号且受试者开始冲刺测试时，启动计时器。在冲刺过程中，口头鼓励受试者尽力达到最佳表现，并在受试者完成30米距离时停止计时。每次试验之间安排两分钟休息时间，并让受试者再重复测试两次。

第三次试验结束后，指导受试者在拆除惯性测量单元（IMUs）之前执行一段降温程序。为处理数据，请打开 MATLAB 并导入原始的 IMU 数据文件。为将传感器坐标系与身体节段对齐，请选择受试者在校准期间保持静止时对应的数据文件索引编号。

然后选择校准期间躯干运动数据的索引编号，以及左右腿校准运动数据的索引编号。在此示例中，使用惯性测量单元（IMUs）获取的运动学变量，结合分段模型来检测变化。受试者的运动学数据可转换为感兴趣的变量。

该图展示了线性冲刺测试中下肢运动学数据的一个示例。请注意，当受试者减速时，其运动学数据发生了变化。请记住，传感器的放置和校准是现场估算下肢运动学参数的关键步骤。

结合我们的方法，常用的监测系统（如全球定位系统）能够帮助科研人员和实践工作者更好地理解运动员所承受的训练负荷。未来，我们的方法可集成到智能服装中，这有助于专业人员评估和优化训练及康复方案。