Summary
ここでは、下肢運動学を解析してバドミントン最大右のランジ運動を行う際のプロとアマチュア選手の傷害メカニズムの違いを評価するプロトコルを紹介する。
Abstract
実験室でバドミントンコートをシミュレートする条件の下で、本研究は、8人のプロのバドミントン選手と8人のアマチュア選手の最大右のランジの動きを分析するために傷害メカニズムモデルを使用しました。このプロトコルの目的は、右膝と足首の運動学と関節モーメントの違いを研究することです。モーションキャプチャシステムとフォースプレートを使用して、下肢と垂直接地反力(vGRF)の関節運動のデータを取得しました。過去6ヶ月間にスポーツ傷害を受けていない16人の若い男性が研究に参加した。被験者は、右足でスタート位置から最大右ランジを行い、フォースプレートを踏んで完全に接触し、バックコートの指定された位置にアンダーハンドストロークでシャトルコックを打ち、その後スタート/終了位置。すべての被験者は、異なるバドミントンシューズからの影響の違いを避けるために、同じバドミントンシューズを着用していました。アマチュア選手は、正面面上の足首の動きと逆関節モーメントのより広い範囲を示し、水平面上のより大きな内部関節回転モーメントを示しました。プロのバドミントン選手は、矢状と正面の平面上でより大きな膝の瞬間を示しました。したがって、これらの要因は、膝と足首関節のスポーツ傷害のリスクを減らすためにトレーニングプログラムの開発で考慮されるべきです。本研究は、本物のバドミントンコートをシミュレートし、被験者が高品質で自然な状態で実験行動を完了できるように、被験者の各動きの活動の範囲を校正する。この研究の制限は、関節の負荷と筋肉の活動を組み合わせていないことです.もう 1 つの制限は、サンプルサイズが小さく、将来の研究で拡張する必要があることです。本研究方法は、バドミントンプロジェクトにおける他のフットワークの下肢生体力学的研究に応用することができる。
Introduction
バドミントンは常に世界で最も人気のあるスポーツの一つとなっています。ゲームでは、肺を実行する頻度が比較的高い1.迅速にランジを実行し、開始位置に戻るか、他の方向2に移動する能力を習得することが非常に重要です。ランジはバドミントンに欠かせないだけでなく、テニス、卓球、その他のスポーツにとっても非常に重要です。
前方十字靭帯(ACL)欠乏および膝安定性3、4の機能評価方法として前方ランジがとられている。研究は、バドミントン選手は、高い筋肉の強さとプロの技術の両方を必要とすることを示しています。一般的に、アマチュア選手は筋力トレーニングよりもテクニカルトレーニングに注意を払います。低強度の能力を持つ個人が低品質のトレーニングを受ける場合、トレーニング時間が長くなり、下肢の過負荷やスポーツ傷害につながります。
高強度のトレーニングは、下肢に大きな負荷をもたらす, スポーツ傷害の原因である可能性があります5.下肢損傷は、傷害の総数の60%を占める。男性と女性の両方のバドミントン選手のために、膝と足は最も脆弱な部分6、7、8、9です。キネティックデータ分析は、異なるレベルのプレイヤーの下肢の傷害を説明するために使用することができます。プロのバドミントン選手は、特に支配的な脚の膝蓋腱で、反復的な負荷運動の後に上昇するかなりの腱の流れを持つことが報告されました。
レポートは、以前にラケットスポーツに関する研究を行ったが、主に運動パラメータを評価したが、運動学2、10に焦点を当てていないことを示しています。プロの選手が競技を行った場合、特に支配的なランジレッグ5では、アキレス腱と前膝腱に圧力が集中します。ラケットスポーツでは、主に膝と足首5、8、10、11、12、58%を超える下肢に焦点を当てた怪我の臨床分析 13.
これまでの研究では、バドミントン14、15、16の生理指標と身体能力17、18、19、20の特徴を評価してきました。.これらの基本的な特徴のために、バドミントンの敏捷性に関する基本的な行動は、選手21、22のトレーニング効果と現場のパフォーマンスを改善するために提案されています。バドミントンに関する以前の研究は、プロとアマチュアのバドミントン選手の間の動き特性を比較することなく、異なる動きやランジ運動の方向に焦点を当てた23,24,25 、26、27.ダイナミクスと関節運動のこれらの違いは、スポーツ傷害の異なるメカニズムの影響を受けやすくなります。
本研究の目的は、プロのバドミントン選手とアマチュアバドミントン選手の運動学とダイナミクスの違いと、支配的な脚の動きの範囲(ROM)を研究することです。プロとアマチュアのバドミントン選手は右前方ランジの違いを示し、ROMが大きいほどスポーツ傷害のリスクが高まることが想定されます。
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Protocol
実験は寧波大学のスポーツ科学部の倫理委員会によって承認されました。すべての参加者は、書面による同意書に署名し、ランジ実験の要件とプロセスについて話されました。
1. 歩行実験室の準備
- 体積内の他の反射性のある項目を校正、取り外し、またはカバーする場合は、太陽光、光、その他の反射物からの反射の影響を識別に避け、実験室で合理的な蛍光灯を確保してください。
- ドングルをPCに接続し、モーションキャプチャカメラ、独自のトラッキングソフトウェア、フォースプラットフォームアンプ、および外部アナログ/デジタルコンバータ(ADC)をオンにします。
- シミュレートされたバドミントンコートの両側に8台のカメラを設置します。カメラを初期化します。[システムリソース] ペインから[ローカルシステム] ノードを選択すると、各カメラ ノードに緑色のライトが正しく表示されます。
- [カメラビュー] ペインで[プロパティ] をクリックしてカメラ パラメータを調整します:ストロボの強度を 0.95 ~ 1 に設定し、しきい値を 0.2 ~ 0.4 に設定し、利得を 1 倍 (x1)、グレースケール モードを[自動]に設定します。最小円周比を 0.5 に、最大 BLOB の高さを50 にし、[LEDを有効にする]を選択します。
- パースペインで[カメラ]を選択し、フォース プレートに T フレームを配置します。[システムリソース] ウィンドウで、[MXカメラ]をクリックし、複数のカメラを選択してパラメータを調整します。
- [設定]セクションで、選択したすべてのカメラのパラメータを設定して、各カメラから送信されるデータが確実に表示されるようにします。
- Tフレームのドロップダウンメニューで5つのマーカーワンド&Tフレームを選択し、すべてのカメラを選択します。
- [プロパティ]ウィンドウの右上隅にある分割画面ボタンをクリックします。オプションパネルでカメラの位置を選択し、拡張フラスタムのドロップダウンメニューの[オフ]ボタンをクリックします。
- キャプチャ ボリュームの周りに T フレームを振り、カメラの青色のライトが点滅しなくなるまで停止します。
- キャリブレーションを開始すると、カメラはマーカーのデータを継続的に収集し、収集した有効なデータを[ツール]ペインの下にある MXカメラキャリブレーションフィードバックツールバーに表示します。キャリブレーションを終了します。進行状況バーは0%に戻ります。イメージ エラーに表示される値が 0.3 未満であることを確認します。
- T フレームを力プレート (60 x 90 cm) に配置し、プレートのエッジに沿って軸を配置します。T フレームの方向が実験方向に従っていることを確認します。
- T フレームの原点もキャプチャ ボリュームのものであることを確認します。ツールペインの[ボリュームの原点を設定] から[スタート]ボタンをクリックして、原点を設定します。
- 被験者にフォースプレートの上に立つように頼みます。地上反応ベクトルの方向が上向きであることを確認します。被験者にフォースプレートから離れてもらいます。
- トライアルを開始する前に、[フォース]をクリックし、[ゼロ レベル] を選択します。Wand Countで収集された有効なデータを検索し、各カメラが少なくとも 1,000 フレームの有効なデータを収集していることを確認します。
- 直径14mmの16のマーカーを準備し、両面テープをあらかじめ貼り付けます。
2. 科目作成
- 対象者にアンケート調査を記入してもらいます。包含基準を満たす被験者から書面によるインフォームド・コンセントを取得する。
注:質問:(i)あなたは何年バドミントンをしましたか?(ii) プロの全国レベルのバドミントン大会に出場しましたか?(iii) スポーツの怪我を負い、手術を受けたことがありますか?ここでは、8人のプロのバドミントン選手と8人のアマチュアバドミントン選手の合計16人の男性参加者が研究に参加しました。 - 条件を満たす被験者の決定。
注: 基準には、次の項目が含まれます。すべての参加者は、研究の前の6ヶ月間に上肢と下肢の怪我に苦しんでいなかった。被験者はまた、実験の前に、任意の高強度のトレーニングや競技2 dに参加しませんでした。すべての被験者のために、右手と脚が支配的でした。被験者の半分はプロの選手で、半分はアマチュア選手でした。その結果、プロのバドミントン選手(年齢:23.4±1.3年、身長:172.7±3.8cm;質量:66.3±3.9kg、バドミントン年数:9.7±1.2年)、プロの全国レベルの大会に出場した8人が出場した。アマチュアバドミントン選手(年齢:22.5±1.4年;身長:173.2±1.8cm、質量:67.5±2.3kg、バドミントン出場年数:3.2±1.1年)。 - 被験者にTシャツとタイトなショートパンツを着用してもらいます。
- 被験者の高さ(mm)と体重(kg)、および優れた腸骨脊柱から足首の内側のコンディレまでの左右脚(mm)の長さ、中間から横の膝のコンディレまでの膝幅(mm)、および中間tからの足首の幅(mm)を測定します。o 横足首のコンディレ。
- メーカーを配置するために解剖学的骨のランドマークの皮膚領域をマークします。
- 必要に応じて体毛を剃り、アルコールで皮膚を拭きます。
注:マーカーの位置は、前グリアック脊椎、後部上腸骨脊椎(PSI)、横大腿(THI)、横脛骨(KNE)、横脛骨(TIB)、横足首(ANK)、かかと(HEE)、つま先(TOE)に両側に位置するスペースを含みます。
- 必要に応じて体毛を剃り、アルコールで皮膚を拭きます。
- パルパテトは解剖学的ランドマークを識別する。下肢に 16 のマーカーを貼り付します。
- 同じブランドと一連のバドミントンシューズを着用するように被験者に依頼します。その後、彼らは自然に右前方のランジを実行し、彼らの下肢のマーカーがカメラによってキャプチャされていることを確認します。
- 被験者に、着実に動きを行うまで、シミュレートされた裁判所で快適な低速で右前方のランジを実行してもらい、ウォームアップするためにいくつかの補助的な演習(例えば、ランジレッグストレッチを行進する)を行うことを指示します。
- 被験者に、この速度で着実に動きを行うことができるまで、シミュレートされた裁判所で快適な高速で右前方ランジを実行するように依頼します。次に、右足を指定されたエリア(図1の位置B)に入れ、シャトルコックをバックコート(ポジションC)に打ち込みます。
- 被験者に開始位置A(図1)から最大右前方ランジを実行し、シャトルコックをバックコート(位置C)に打ち込み、右足が自然に踏み込み、フォースプラットフォームに完全に接触するように指示します。彼らは通過し、被験者はシャトルコックを打った後、位置Aを開始するために戻る必要があります。
3. 静的キャリブレーション
- データ管理を開いて、新しいデータベースを作成します。[場所]を選択し、名前を入力し、[ベース] を選択します。臨床テンプレート;次に、[作成]をクリックします。
- 件名の名前を選択し、[開く]をクリックします。新しい患者分類をクリック |新しい患者 |被験者の情報を作成するための新しいセッション。
- トライアルの開始時に、[セッション]を選択してデータをキャプチャします。[ネクサス]ペインに戻り、[件名]をクリックし、[新しい件名]ボタンをクリックします。必要に応じて、試用版の名前を変更します。
- [ライブに移動] をクリックし、[水平方向に分割]を選択し、[グラフ] を選択して軌道カウントを表示します。
- マーカーの数(16)を確認し、不要な光汚染がなく、すべてのマーカーがキャプチャされたことを示します。
- 静的データのキャプチャを開始します。ツールバーの[件名準備]セクションで、[サブジェクトキャプチャ] を選択し、[スタート] ボタンをクリックします。被写体にじっとして、200フレームの画像をキャプチャするように依頼します。[停止]ボタンをクリックします。
- [再構築パイプラインを実行]をクリックして、マーカー データを作成します。[ラベル]を選択し、マーカーのリストで識別し、対応するマーカーにラベルを適用します。[保存]ボタンをクリックします。Escキーを押して終了します。
- [サブジェクト準備]をクリックし、[サブジェクトキャリブレーションドロップダウン] メニューで静的プラグインの歩行を選択します。
- 新しく表示される[フレーム範囲]ウィンドウで[オプション]をクリックし、ポップアップ ウィンドウで[左足]と[右足]を選択します。[スタート]ボタンを選択し、[保存] をクリックします。
4. 動的トライアル
- 件名に適切な開始位置に入るように依頼します。
- 静的テンプレートを作成したら、[ライブに移動] ボタンをクリックし、[キャプチャ]を選択します。試用版の種類とセッションを順番に設定します。試用版名を入力し、説明は省略可能です。
- 最後のオプションで[スタート]ボタンをクリックして、キャプチャを開始し、プロセスの終了後に停止します。試用ごとにプロセスを繰り返すだけです。
- 実験を行うために、被験者に迅速かつ自然にランジを実行するように依頼する。各試行の間に 2 分間隔があることを確認します。
- 被験者に右前方ランジを実行してもらい、最後のステップはフォースプレート上にある。被験者に運動6xを実行させる必要がある。マーカーがシフトまたはドロップした場合は、速やかに再接続し、再度キャプチャします。
- 被験者が最大右前方ランジを実行した後に[停止]を選択し、位置A(開始/終了位置)に戻る。
5. 後処理
- 後処理には特別なソフトウェアを使用してください。データ管理を開き、[ファイル] の下にあるxアイコンをダブルクリックし、[再構築パイプラインとラベルを実行] ボタンをクリックします。次に、[パース]ウィンドウの下にある [再生]をクリックして、キャプチャしたビデオを再生します。
- [パース] ウィンドウの下にある進行状況バーのポインタをドラッグして、ビデオの開始時刻と終了時刻を設定します。
- 進行状況バー内にカーソルを置き、右クリックして[関心のある地域にズーム]を選択します。
- 識別ステップは、静的識別プロセスと同じです。マーカーを確認し、[塗りつぶし]をクリックします。すべてのマーカーが軌道を観察して識別されているかどうかを確認します。ラベルなしのマーカーを右クリックし、[ラベルなしのすべてのマーカーを削除] を選択します。
- [開始]をクリックすると、後処理用に .csv 形式でファイルがエクスポートされます。
6. データ分析
- 10 Hz および 25 Hz の周波数を持つローパス バターワース フィルターを使用して、運動データと運動データをフィルタリングします。
- 矢状、前面、および水平面上の膝と足首のROMを計算し、3次元逆ダイナミクスのアプローチを通じて膝と足首の瞬間を取得します。
注:足首と膝のROMは、3次元移動面の最大および最小関節角度から得られました。 - 初期衝撃ピーク(I、スタンスの5%)、二次衝撃ピーク(II、スタンスの20%)、体重受容(III、スタンスの40%~70%)、ドライブオフ(IV、スタンスの80%)を含む4つのフェーズに分けます。
- 被験者の重みを使用して、すべてのジョイントモーメントデータを標準化します。
- 地上反力と運動データを同時に収集します。各被験者について、統計分析のために6つの成功した試験の運動学的および運動的データの平均値を使用します。
注:パラメータには、関節(足首、膝、股関節)の3次元ROMと膝と足首のモーメントが含まれます。 - 分析のためにソフトウェアにデータを送信します。
7. 統計分析
- プロ選手とアマチュア選手の間で独立したサンプリングされたt-テストを使用して、捕獲された足首と膝のROMとジョイントモーメントのデータを調べます。2 サンプルt-test を使用して、適切な数の被験者数を計算します。ジョイントの ROM とモーメントを平均値で示します。有意水準をp = 0.05 に設定します。
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Representative Results
図2は、プロ選手とアマチュア選手のフェーズI、II、III、およびIV(すなわち、初期衝撃ピーク、二次衝撃ピーク、体重受け入れ、およびドライブオフフェーズ)の平均vGRFを示しています。突進。フェーズI、II、およびIIIに有意な差はありません。しかし、プロ選手のvGRFはアマチュア選手のvGRFよりも著しく高く、有意な差を示しています(図2)。
図3は、右膝の立体面と、立っているときのプロ選手とアマチュア選手の足首を示しています。独立したt-テストの結果は、プロの選手と足首のROMのアマチュア選手の違いを明らかにし、プロの選手は矢状面上のドルシフレキシオン/足底屈曲でより大きなROMを示しています。 足首は正面および水平面に有意な差を示す。アマチュアプレイヤーは、正面面上の反転/反転の動きに大きなROMを提示しますが、水平面上の外部/内部回転の動きは小さいROMです。膝は、水平面上の外部/内部回転の動きでプロ選手とアマチュア選手の間に有意な違いを示します。プロの選手は矢状平面の屈曲/延長および前面の誘拐/付加でより大きいROMを表示する。
図4は、プレイヤーの足首の瞬間の3次元平面を示しています。アマチュアプレイヤーは、ランジを実行する際に、4つのフェーズで小さな足底屈曲モーメントまたはより大きなドーシフレキシオンモーメントを提示します。プロの選手は、大きな違いを示すランジを実行する際に重量受け入れ段階でより大きな反転モーメントを明らかにし、ドライブオフフェーズでより小さい内部回転モーメントまたはより大きな外部回転モーメントを持っています。ランジを実行します。図 5は、膝の瞬間を示しています。プロの選手は、二次的な影響ピークフェーズでより大きな延長モーメントを示し、有意な差を示し、最初の衝撃ピークでより大きな誘拐の瞬間を示します。
図 1: 実験プロトコル。右足は自然に踏み込み、トライアル中にフォースプレートと完全に接触します。(A) 開始/停止位置を示します。(B) 着陸位置を示します。(C) これはシャトルコック着陸エリアを示します。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図 2:ランジのスタンスにおけるバドミントン選手の平均垂直接力(vGRF)パターン(標準偏差付き)パターンの図。フェーズIIIのプロとアマチュアの選手の間には大きな違いがあります。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図 3: 矢状、正面、水平面上のプロ選手とアマチュア選手の足首と膝関節のROM。(A) このパネルには、矢状面の結果が表示されます。(B) このパネルは、正面面の結果を示しています。(C) このパネルには、水平面の結果が表示されます。誤差余数は標準偏差を示します。* は有意水準p < 0 05 を示します。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図 4:矢状(足底屈曲/背面)、前頭(反転/反転)、水平(内部/外部回転)平面上のプロ選手とアマチュア選手の着陸姿勢の足首関節モーメントの平均値。* は有意水準p < 0.05 を示します。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図 5:矢状(延長/屈曲)、正面(誘拐/加算)、水平(内部回転)平面上のプロ選手とアマチュア選手の着陸姿勢の膝関節モーメントの平均値。* は有意水準p < 0.05 を示します。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
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Discussion
バドミントンの肺ステップの生体力学的特性を分析するほとんどの研究の欠点の一つは、彼らがランジを実行するバドミントン選手のスキルレベルを無視することです.本研究では、プロの選手とアマチュア選手に被験者を分け、右前方ランジを行う際に異なるレベルで関節ROMとジョイントモーメントの違いを探ります。
正面平面上の足首関節ROMに関しては、アマチュア選手はプロ選手よりも大きなROMを示し、足首関節28の筋力に関連する可能性のある有意な差を示した。前頭部の足首関節モーメントに関しては、プロの選手は、足首の怪我のリスクに関連する可能性があり、アマチュア選手との有意な違いを示し、体重受け入れ段階でより大きな転換の瞬間を明らかにしました29。アマチュア選手は、支配的な脚の貧弱なランジ着陸姿勢から生じる可能性があり、より小さな足首の反転の瞬間を示しました。トレーニングガイダンスと足首のリハビリテーションに有益です。プロの選手は矢状平面上の足底屈曲/ドルシフレキオンでより大きな足首の瞬間を持っています。さらに、アマチュア選手はプロ選手よりも大きな内部回転の瞬間を示し、有意な違いを示し、足首の異なる安定性メカニズムを示しました。
プロ選手とアマチュア選手の間のランジ着陸姿勢の違いを考えると、vGRFパターンはインパクトピーク、二次衝撃ピーク、体重受け入れ、ドライブオフの4つのフェーズに分けられます(図2)。プロの選手と第4段階で見つかったアマチュア選手との間のvGRFの違いは、エリートバドミントン選手が強い膝の伸張器30を持っているという事実に起因する可能性があります。
競技スポーツの共通の目標は、選手の運動寿命を延ばすためにスポーツの傷害を減らすことです。アマチュアアスリートのために、特に間違った着陸姿勢31によって引き起こされる損傷を減らすために、正しい技術的な動きを標準化するための包括的かつ合理的なトレーニング計画を開発することをお勧めします。プロのアスリートのために、関節の負荷容量を考慮する必要があり、選手のための関連する保護具や特別なスポーツ機器は、靭帯損傷32、33を減らすために使用することができます。
結果は、プロトコルの非常に多くの重要な手順に依存しています。まず、実験環境内の他の反射物を除去し、カメラ識別への影響を回避し、実験環境で合理的な蛍光灯を確保する必要があります。第二に、実験中のモーションキャプチャの精度を高めるために、カメラパラメータを合理的な範囲に調整することが重要です。第三に、解剖学的ランドマークを特定し、マーカーをランドマークに正確に取り付け、マーカーがシフトまたはドロップされるかどうかに注意を払い、速やかに適切に再接続することが重要です。第四に、各ダイナミックキャプチャの前にフォースプレートをゼロレベルに調整することが重要です。実験のもう 1 つの重要なステップは、データ後処理です。この研究の限界の1つは、サンプルサイズが小さく、将来の研究で拡張されるべきであるということです。もう一つの制限は、この研究の結果を説明する際に、ランジ実験中にプロとアマチュアバドミントン選手の下肢筋活動を収集しなかったことである。筋肉の活性化と強度は、プロとアマチュアバドミントン選手の違いを明にする上で多くをカウントします。将来の研究は、関節の負荷と筋肉の活動を組み合わせて、異なるレベルのスキルを持つ選手の異なる動きの特徴を評価する必要があります。
この研究の結果は、プロとアマチュアのバドミントン選手の間に傷害の異なるリスクがあることを示しています。アマチュアバドミントン選手は、足首と膝への潜在的な損傷を減らすためにトレーニングプログラムや怪我防止戦略を開発する際に、これらの違いを考慮する必要があります。
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Disclosures
著者は何も開示していない。
Acknowledgments
この研究は、中国国立自然科学財団(81772423)、寧波大学のK.C.ウォンマグナ基金、中国国家社会科学財団(16BTY085)が後援しました。
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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