שיטה מבוססת יחידת מדידה אינרציאלית להערכת קינמטיקה מפרק הירך והברך בספורטאים ספורט צוות על המגרש
26 במאי 2020
ניטור ספורטאים חיוני לשיפור הביצועים והפחתת הסיכון לפציעות בספורט קבוצתי. השיטות הנוכחיות לניטור ספורטאים אינן כוללות את הגפיים התחתונות. הצמדת יחידות מדידה אינרציאליות מרובות לגפיים התחתונות יכולה לשפר את ניטור הספורטאים בתחום.
איזון נכון בין אימון להתאוששות מוביל להסתגלות של גוף האדם. ניטור תהליך אימון זה חיוני כדי לייעל את הביצועים ולהפחית את הסיכון לפציעה. היתרון העיקרי של מערך החיישנים הוא שהוא מתמקד בגפיים התחתונות של ספורטאים ובכך מספק מידע נוסף למערכות הניטור העדכניות בשטח.
ספורט קבוצתי, כמו כדורגל והוקי, מאופיין בשינויי כיוון מהירים, תאוצות והאטות. זה דורש הגדרת חיישן ספציפית. פציעות שרירים הן בעיה רצינית בספורט קבוצתי ואנו חושבים שבעזרת שיטה זו נוכל להפחית פציעות מסוג זה ובמקביל לשפר את הביצועים.
המדגימים את ההליך יהיו בראם בסטיאנסן ואריק וילמס, דוקטורנטים בצוות שלנו. קבל הסכמה מדעת בכתב מאנשים העומדים בקריטריוני ההכללה. בקש מהנבדק למלא שאלון על הרקע שלו בספורט קבוצתי.
קבל מידע על מין, גיל, משקל גוף וגובה של הנבדק. לאחר שהנושא החליף לבגדי ספורט, יישר את כל ה-IMUs זה ליד זה ולחץ על כפתור על גבי החיישן כדי להפעיל את ה-IMUs. החיישן מופעל כאשר האור הירוק מהבהב.
לאחר מכן, הקש את כל ה-IMUs יחד על משטח קשיח כדי להבטיח שנוצר שיא מכני. לפני חיבור ה-IMUs, גלח את שיער גופו של הנבדק בעצם העצה בין שני עמודי השדרה הכסליים העליונים האחוריים, בחלק האנטרומדיאלי של השוקה הימנית והשמאלית, ובחלק הצדדי של הירך הימנית והשמאלית. לאחר שכל האזורים גולחו, מרחו ספריי דבק על העור החשוף בתנועה גורפת, והחזיקו את האפליקטור במרחק של לפחות 10 סנטימטרים מהעור.
לאחר המתנה של חמש עד 10 שניות לייבוש התרסיס, הסר את שכבת המגן מסרט ההדבקה הדו-צדדי על ה-IMU והנח כל IMU באחד המיקומים המגולחים. מיקום החיישן הוא צעד קריטי עבור הערכה מדויקת של קינמטיקה של הגפיים התחתונות בשטח. רשום את תוויות ה-IMU והמיקומים האנטומיים לעיון מאוחר יותר והצמד סרט מתיחה מעל כל יחידת מדידה כדי לוודא שהחיישנים מאובטחים לעור.
כדי לכייל את חיישני ה-IMU, הנחו את הנבדק לעמוד במקום במצב ניטרלי עם כפות הרגליים ברוחב הירכיים וידיו לצדדים למשך חמש שניות. לאחר מכן, הנחו את הנבדק לבצע הליך כיול המורכב מכיפוף ירך שמאל ואחריו כיפוף ירך ימין ותנועת קידה. לאחר המתנה של חמש שניות לפחות, בקש מהנבדק לחזור על הליך הכיול.
הנחו את הנבדק לבצע הליך חימום לפני תחילת מבחן הספרינט הליניארי של 30 מטר. כדי להתחיל את המבחן, הנחו את הנבדק לעמוד על המגרש עם הרגל המועדפת עליו על קו הזינוק וכתפיו מאחורי קו הזינוק. הודע לנבדק שמוביל הבדיקה יספור לאחור משלוש לאפס ויצעק, התחל.
הנחו את הנבדק לרוץ מהר ככל האפשר עד להגעה לנקודת הסיום של 30 מטר, ואז על הנבדק להאט מהר ככל האפשר למצב עצירה. אפשר לנבדק לשאול שאלות ולבצע ריצת תרגול כאשר הוא רוצה. לאחר אישור שהנבדק מוכן, ודא שהנבדק נמצא בעמדת ההתחלה הנכונה לפני שמוביל הבדיקה יתחיל את הבדיקה.
הפעל את הטיימר כאשר סימן ההתחלה ניתן והנבדק התחיל את מבחן הספרינט. עודדו מילולית את הנבדק להשיג ביצועים מקסימליים במהלך הספרינט ועצרו את הטיימר כאשר הנבדק עבר מרחק של 30 מטר. כלול תקופת מנוחה של שתי דקות בין כל ניסוי ובקש מהנבדק לחזור על המבחן פעמיים נוספות.
לאחר הניסוי השלישי, הנחו את הנבדק לבצע הליך קירור לפני ניתוק ה-IMU מהנבדק. כדי לעבד נתונים, פתח את MATLAB וייבא את קבצי הנתונים הגולמיים של IMU. כדי ליישר את מסגרת הקואורדינטות של החיישן לקטע הגוף, בחר את מספרי האינדקס של קובץ הנתונים כאשר הנבדק עמד במקום במהלך הכיול.
לאחר מכן בחר את מספרי האינדקס של נתוני תנועת תא המטען במהלך הכיול ואת מספרי האינדקס של נתוני תנועות הכיול של רגל ימין ושמאל. בדוגמה זו, משתנים קינמטיים המתקבלים על ידי ה-IMUs משמשים במודל סגמנטלי לאיתור שינויים. ניתן לשנות את הנתונים הקינמטיים של הנבדק למשתנים המעניינים.
איור זה ממחיש דוגמה לנתונים קינמטיים של הגפה התחתונה במהלך מבחן הספרינט הליניארי. שימו לב שהנתונים הקינמטיים של הנבדק השתנו כאשר הנבדק האט. זכור שמיקום החיישן וכיול החיישן הם שלבים חיוניים להערכת קינמטיקה של הגפיים התחתונות בשטח.
בשילוב השיטות שלנו, השתמשנו בדרך כלל במערכות ניטור, כגון מערכות מיקום גלובליות, המאפשרות למדענים ולמתרגלים להבין טוב יותר את עומס האימונים שאליו נחשפים ספורטאים. בעתיד ניתן יהיה לשלב את השיטה שלנו בבגדים חכמים. זה עשוי לעזור לאנשי מקצוע להעריך ולייעל תוכניות הכשרה ושיקום.
סקירה כללית
מחקר זה מתמקד בניטור הגפיים התחתונות של ספורטאים במטרה לשפר את הביצועים ולהפחית סיכונים לפציעות בענפי ספורט קבוצתיים. באמצעות שימוש ביחידות מדידה אינרציאליות (IMUs), המחקר שואף לספק תובנות מפורטות על קינמטיקה של ספורטאים במהלך אימונים ותחרויות.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי הספורט
- ביומכניקה
- מניעת פציעות
רקע
- ניטור האימונים וההתאוששות הוא קריטי לביצועים אתלטיים.
- שיטות נוכחיות מתעלמות לעיתים קרובות מהגפיים התחתונות.
- ספורט קבוצתי כולל תנועות דינמיות המגבירות את הסיכון לפציעות.
- פציעות שרירים נפוצות בספורט כמו כדורגל הוקי.
מטרת המחקר
- לשיפור הניטור של הגפיים התחתונות של ספורטאים.
- להפחתת פציעות שרירים באמצעות איסוף נתונים משופר.
- לשיפור הביצועים הספורטיביים הכלליים באמצעות טכנולוגיית חיישנים מתקדמת.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- חיבור מספר יחידות מדידה אינרציאליות (IMUs) למיקומים אנטומיים מרכזיים בגוף התחתון.
- כיול החיישנים באמצעות תנועות ספציפיות להבטחת דיוק.
- ביצוע מבחן ספרינט ליניארי למרחק של 30 מטרים לאיסוף נתונים קינמטיים.
- שימוש ב-MATLAB לעיבוד נתונים וניתוח של משתנים קינמטיים.
תוצאות עיקריות
- נתוני קינמטיקה מפורטים התקבלו במהלך מבחני ספרינט.
- מיקום החיישנים והכיול שלהם היו קריטיים לקבלת מדידות מדויקות.
- השיטה הראתה פוטנציאל להפחתת סיכוני פציעות.
- שילוב עם ביגוד חכם עשוי לשפר יישומים עתידיים.
מסקנות
- ניטור קינמטיקה של הגפיים התחתונות יכול להביא לאופטימיזציה של אימוני ספורטאים.
- השימוש ב-IMUs מספק תובנות בעלות ערך לגבי מדדי ביצועים.
- מחקרים עתידיים עשויים להתמקד בשילוב של שיטות אלו בטכנולוגיה לבישה.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
ניטור כמותי של קינמטיקה של הגפיים התחתונות בספורט קבוצתי בשטח נותן מענה לפער קריטי בהערכת סיכון לפציעות של ספורטאים ובאופטימיזציה של הביצועים. שילוב של יחידות מדידה אינרציאליות (IMUs) עם מודלים ביומכניים מאפשר מדידה אובייקטיבית וניתנת לשחזור של זוויות ומירות מפרקים במהלך פעילות בעולם האמיתי. יכולת זו תומכת ברצף תרגומי, החל מזיהוי גורמי סיכון ביומכניים ועד להתערבות מעשית בפורט폴יו של מחקר ופיתוח בתחומי רפואת הספורט וביצועי האדם.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח של ביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה אובייקטיבית של היפותזות ביומכניות הקשורות למכניזמי פציעות בסביבות דינמיות.
- תומך בתיקוף תפקודי של יעדים של השלד והשרירים באמצעות כימות קינמטיקה של מפרקים תחת עומס פיזיולוגי.
- מסייע בביטחון חיזוי בזיהוי דפוסי תנועה הקשורים לסיכון מוגבר לפציעות.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מספק מערכות מדידה מאושרות ומוכנות לשטח לרכישה הדירה של נתונים קינמטיים של הגפיים התחתונות.
- מנstandardizes את מיקום החיישנים והכיול כדי להבטיח את מהימנות הבדיקה בין נבדקים ומפגשים שונים.
- מייצר פלטים כמותיים המתאימים לניתוחים המשכיים ולסריקה השוואתית של התערבויות.
מחקר תרגומי וקליני-קדם
- מתאימה מדדים ביומכניים לנקודות קצה תרגומיות הרלוונטיות לאסטרטגיות למניעת פציעות ושיקום.
- מאפשרת רצף מגילוי מבוסס שטח ועד לתיקוף פרה-קליני של התערבויות המשנות תנועה.
- תומכת בקידום מותאם סיכונים של התערבויות מועמדות על בסיס נתונים קינמטיים מהעולם האמיתי.
שילוב תהליכי עבודה ומסלולי עיבוד
שיטה זו, המבוססת על IMU, משתלבת ברצף הניטור של הספורטאים, ומגשרת בין גילוי ביומכני מוקדם לבין מחקר תרגומי והערכת התערבויות.
- ביולוגיה של גילוי: מכמת באופן אובייקטיבי קינמטיקה של מפרקים כדי להבהיר נתיבים של סיכון לפציעות ולהפחית סיכונים בהשערות מכניסטיות.
- סריקה: מספק פלטים קינמטיים כמותיים וניתנים לשחזור להערכת השפעות של התערבויות בתנאי שטח.
- אנליטיקה: מאפשרת השוואה סטטיסטית של זוויות מפרקים ומהירויות בין תנאים ונקודות זמן שונות.
- מחקר תרגומי: מספק רציפות ממדידות מבוססות שטח למחקר פרה-קליני ומחקר יישומי להפחתת פציעות.
- שימוש חוזר ארגוני: מבסס פלטפורמה ניתנת להרחבה ולשימוש חוזר לניטור שוטף של ספורטאים ולהערכת התערבויות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון בחיזוי בהערכת סיכון ביומכנית ובתיקוף של מטרות.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של רכישת נתונים ועיבודם לצורך פריסה הניתנת לשחזור ובקנה מידה רחב.
- ערך אסטרטגי: מספק בסיס לקבלת החלטות מסוג go/no-go עבור התערבויות מבוססות תנועה ופרוטוקולי אימון.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתיעוד סדרי עדיפויות מותאם סיכון עבור אסטרטגיות למניעת פציעות ואופטימיזציה של ביצועים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות במיקום חיישנים, כיול ומידול ביומכני.
- נדרשת גישה לחומרת IMU ולתוכנה אנליטית כגון MATLAB לצורך עיבוד נתונים.
- דורש סטנדרטיזציה קפדנית בין צוותים לפרוטוקולי חיישנים ותהליכי עבודה של נתונים.
- התאמה לסוגי ספורט או למודלים של תנועה שונים עשויה לדרוש דיוק של הפרוטוקול.
- מיקום החיישנים והכיולם הם קריטיים לתקפות הנתונים ויש לבקרם בקפידה.
