フィールド上のチームスポーツ選手における股関節と膝関節運動学を推定する慣性測定ユニットベースの方法

トレーニングとリカバリーの正しいバランスが、人体の適応につながります。このトレーニングプロセスを監視することは、パフォーマンスを最適化し、怪我のリスクを減らすために不可欠です。センサーセットアップの主な利点は、アスリートの下肢に焦点を当てているため、現場の現在の監視システムに追加情報を提供できることです。

サッカーやホッケーなどのチームスポーツは、方向転換、加速、減速が速いのが特徴です。これには、特定のセンサーのセットアップが必要です。筋肉の損傷はチームスポーツの深刻な問題であり、この方法により、これらのタイプの損傷を減らし、同時にパフォーマンスを向上させることができると考えています。

この手続きのデモンストレーターは、私たちのチームの博士課程の学生であるBram BastiaansenとErik Wilmesです。選択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します。被験者に、チームスポーツでの経歴についてのアンケートに記入してもらいます。

被験者の性別、年齢、体重、身長に関する情報を取得します。被写体がスポーツウェアに着替えたら、すべてのIMUを並べて位置合わせし、センサー上部のボタンを押してIMUをアクティブにします。緑色のライトが点滅すると、センサーがアクティブになります。

次に、すべてのIMUを硬い表面で一緒にタップして、機械的なピークが生成されていることを確認します。IMUを取り付ける前に、被験者の体毛を上腸骨後棘の後部の間の仙骨、左右の脛骨の前内側部分、および左右の大腿部の外側部分で剃ります。すべての領域を剃ったら、露出した皮膚に接着剤スプレーを塗布し、アプリケーターを皮膚から少なくとも10センチ離して一掃します。

スプレーが乾くまで5〜10秒待った後、IMUの両面粘着テープから保護層をはがし、各IMUを削った場所の1つに置きます。センサーの配置は、現場での下肢の運動学を正確に推定するための重要なステップです。後で参照できるようにIMUラベルと解剖学的位置を書き留め、各測定ユニットにストレッチテープを貼り付けて、センサーが皮膚に固定されていることを確認します。

IMUセンサーをキャリブレーションするには、被験者に足を腰幅に開き、手を横に置いて5秒間静止するように指示します。次に、被験者に左股関節の屈曲とそれに続く右股関節の屈曲とお辞儀の動きからなるキャリブレーション手順を実行するように指示します。少なくとも5秒待った後、被験者にキャリブレーション手順を繰り返してもらいます。

30メートルのリニアスプリントテストを開始する前に、被験者にウォームアップ手順を実行するように指示します。テストを開始するには、被験者に自分の好きな足をスタートラインに置き、肩をスタートラインの後ろにしてフィールドに立つように指示します。テストリーダーが3から0までカウントダウンし、開始と叫ぶことを被験者に伝えます。

30メートルの終点に到達するまで、被験者にできるだけ速くダッシュするように指示し、その時点で被験者はできるだけ早く減速して停止位置まで停止させる必要があります。被験者が質問をし、必要に応じて練習走行を行うことを許可します。被験者の準備ができていることを確認したら、被験者が正しい開始位置にあることを確認してから、テストリーダーにテストを開始させます。

開始記号が与えられ、被験者がスプリントテストを開始したら、タイマーを開始します。スプリント中に最大限のパフォーマンスを発揮するように被験者に口頭で促し、被験者が30メートルの距離を走ったときにタイマーを停止します。各試行の間に2分間の休憩時間を設け、被験者にさらに2回テストを繰り返してもらいます。

3回目の試行後、被験者からIMUを取り外す前に、冷却手順を実行するように被験者に指示します。データを処理するには、MATLAB を開き、生の IMU データ ファイルをインポートします。センサーの座標フレームを体のセグメントに合わせるには、キャリブレーション中に被写体が静止していたときのデータファイルのインデックス番号を選択します。

次に、キャリブレーション中の体幹の動きのデータのインデックス番号と、左右の脚のキャリブレーション動作のデータのインデックス番号を選択します。この例では、IMU によって取得された運動変数がセグメント モデルで使用され、変更が検出されます。被験者の運動学的データは、関心のある変数に変更できます。

この図は、線形スプリントテスト中の下肢の運動学的データの例を示しています。被験者の運動学的データは、被験者が減速しているときに変更されることに注意してください。センサーの配置とセンサーのキャリブレーションは、現場での下肢の運動学を推定するための重要なステップであることを忘れないでください。

両社の手法を組み合わせることで、全地球測位システム(GPS)などのモニタリングシステムを一般的に使用することで、科学者や実務家は、アスリートがさらされるトレーニング負荷をよりよく理解することができます。将来的には、私たちの方法をスマートガーメントに統合することができます。これは、専門家がトレーニングとリハビリテーションプログラムを評価し、最適化するのに役立つかもしれません。