Eine inertial Measurement Unit Based Method zur Schätzung der Hüft- und Kniegelenkkinematik bei Teamsportsportlern auf dem Feld

Ein korrektes Gleichgewicht zwischen Training und Erholung führt zu Anpassungen des menschlichen Körpers. Die Überwachung dieses Trainingsprozesses ist unerlässlich, um die Leistung zu optimieren und das Verletzungsrisiko zu verringern. Der Hauptvorteil des Sensoraufbaus besteht darin, dass er sich auf die unteren Extremitäten von Sportlern konzentriert und dadurch zusätzliche Informationen für aktuelle Überwachungssysteme im Feld liefert.

Mannschaftssportarten wie Fußball und Hockey zeichnen sich durch schnelle Richtungswechsel, Beschleunigungen und Verlangsamungen aus. Dies erfordert ein spezielles Sensor-Setup. Muskelverletzungen sind ein ernstes Problem im Mannschaftssport und wir glauben, dass wir mit dieser Methode diese Art von Verletzungen reduzieren und gleichzeitig die Leistung steigern können.

Demonstratoren des Verfahrens werden Bram Bastiaansen und Erik Wilmes, Doktoranden in unserem Team, sein. Holen Sie eine schriftliche Einverständniserklärung von Personen ein, die die Einschlusskriterien erfüllen. Lassen Sie die Versuchsperson einen Fragebogen über ihren Hintergrund im Mannschaftssport ausfüllen.

Erhalten Sie Informationen über das Geschlecht, das Alter, das Körpergewicht und die Größe der Person. Nachdem das Motiv in Sportkleidung gewechselt hat, richten Sie alle IMUs nebeneinander aus und drücken Sie einen Knopf oben auf dem Sensor, um die IMUs zu aktivieren. Der Sensor wird aktiviert, wenn das grüne Licht blinkt.

Klopfen Sie dann alle IMUs zusammen auf eine harte Oberfläche, um sicherzustellen, dass ein mechanischer Peak erzeugt wurde. Bevor Sie die IMUs anbringen, rasieren Sie die Körperbehaarung des Probanden am Kreuzbein zwischen den beiden hinteren oberen Beckenstacheln, am anteromedialen Teil der rechten und linken Tibia und am lateralen Teil des rechten und linken Oberschenkels. Wenn alle Regionen rasiert sind, tragen Sie das Klebespray in einer schwungvollen Bewegung auf die freiliegende Haut auf und halten Sie den Applikator mindestens 10 Zentimeter von der Haut entfernt.

Nachdem Sie fünf bis 10 Sekunden gewartet haben, bis das Spray getrocknet ist, entfernen Sie die Schutzschicht vom doppelseitigen Klebeband auf den IMUs und platzieren Sie jede IMU an einer der rasierten Stellen. Die Platzierung des Sensors ist ein entscheidender Schritt für die genaue Abschätzung der Kinematik der unteren Extremitäten vor Ort. Notieren Sie sich die IMU-Beschriftungen und anatomischen Positionen, um später darauf zurückgreifen zu können, und befestigen Sie ein Dehnungsband über jeder Messeinheit, um sicherzustellen, dass die Sensoren auf der Haut befestigt sind.

Um die IMU-Sensoren zu kalibrieren, weisen Sie die Versuchsperson an, fünf Sekunden lang in einer neutralen Position mit hüftbreit auseinander stehenden Füßen und den Händen an den Seiten still zu stehen. Weisen Sie als Nächstes den Probanden an, ein Kalibrierungsverfahren durchzuführen, das aus einer Beugung der linken Hüfte, gefolgt von einer Beugung der rechten Hüfte und einer Beugebewegung besteht. Nachdem Sie mindestens fünf Sekunden gewartet haben, lassen Sie das Motiv den Kalibrierungsvorgang wiederholen.

Weisen Sie den Probanden an, eine Aufwärmprozedur durchzuführen, bevor er mit dem 30-Meter-Sprinttest beginnt. Um den Test zu starten, weisen Sie den Probanden an, mit seinem bevorzugten Fuß auf der Startlinie und den Schultern hinter der Startlinie auf dem Spielfeld zu stehen. Informieren Sie den Probanden, dass der Testleiter von drei auf null herunterzählen und rufen wird: Start.

Weisen Sie das Subjekt an, so schnell wie möglich zu sprinten, bis der Endpunkt von 30 Metern erreicht ist, woraufhin das Subjekt so schnell wie möglich bis zum Stillstand abbremsen sollte. Erlauben Sie dem Probanden, Fragen zu stellen und bei Bedarf einen Übungslauf durchzuführen. Nachdem Sie bestätigt haben, dass der Proband bereit ist, stellen Sie sicher, dass sich der Proband in der richtigen Ausgangsposition befindet, bevor der Testleiter den Test einleiten lässt.

Starten Sie den Timer, wenn das Startzeichen gegeben ist und der Proband den Sprinttest gestartet hat. Ermutigen Sie das Subjekt verbal, während des Sprints maximale Leistung zu erbringen, und stoppen Sie den Timer, wenn das Subjekt eine Strecke von 30 Metern zurückgelegt hat. Planen Sie zwischen jedem Versuch eine zweiminütige Ruhepause ein und lassen Sie den Probanden den Test noch zwei weitere Male wiederholen.

Weisen Sie den Probanden nach dem dritten Versuch an, einen Abkühlvorgang durchzuführen, bevor Sie die IMUs vom Probanden lösen. Um Daten zu verarbeiten, öffnen Sie MATLAB und importieren Sie die IMU-Rohdatendateien. Um den Sensorkoordinatenrahmen am Körpersegment auszurichten, wählen Sie die Indexnummern der Datendatei aus, die zu dem Zeitpunkt stammen, an dem das Motiv während der Kalibrierung still stand.

Wählen Sie dann die Indexnummern der Daten der Rumpfbewegung während der Kalibrierung und die Indexnummern der Daten der Kalibrierbewegungen des rechten und linken Beins aus. In diesem Beispiel werden kinematische Variablen, die von den IMUs erhalten werden, in einem segmentalen Modell verwendet, um Veränderungen zu erkennen. Die kinematischen Daten des Motivs können in die interessierenden Variablen geändert werden.

Diese Abbildung zeigt ein Beispiel für kinematische Daten der unteren Extremität während des linearen Sprinttests. Beachten Sie, dass sich die kinematischen Daten für das Motiv änderten, wenn das Motiv abbremste. Denken Sie daran, dass die Sensorplatzierung und -kalibrierung entscheidende Schritte für die Abschätzung der Kinematik der unteren Extremitäten vor Ort sind.

Durch die Kombination unserer Methoden haben wir häufig Überwachungssysteme wie Global Positioning Systems verwendet, die es Wissenschaftlern und Praktikern ermöglichen, die Trainingsbelastung, der Sportler ausgesetzt sind, besser zu verstehen. In Zukunft kann unsere Methode in smarte Kleidungsstücke integriert werden. Dies kann Fachleuten helfen, Trainings- und Rehabilitationsprogramme zu bewerten und zu optimieren.