卓球におけるストローク時のフットワークの運動特性の比較:クロスステップとシャッセステップ
2021年6月16日
この研究は、卓球における脳卒中時のクロスステップとチェイスステップの間の地盤反力特性を調査するためのプロトコルを提示する。
科学の進歩と卓球のスキルの継続的な発展のために、より多くの選手や研究者が卓球、高品質の生体力学的研究の恩恵を受けることができるスポーツに引き付けられています。この方法は、チャスステップとクロスステップの作業の間の地上反力の差を客観的に反映し、最適化力の生成のための情報を提供することができます。現場に新しい研究者は、まず地盤反応の原理と、地盤反応が何を反映できるかを理解する必要があります。
まず、USB ドングルを PC のパラレル ポートに挿入し、モーション キャプチャ赤外線カメラとアナログからデジタル コンバータをオンにします。実験環境に障害物がないことを確認したら、デスクトップ上のソフトウェアアイコンをダブルクリックしてトラッキングソフトウェアを開きます。ハードウェア接続が正常であれば、すべてのカメラノードに緑色のライトが表示されます。
次に、ローカルシステムで8台のカメラを選択し、パースビューウィンドウでカメラをクリックします。ストロボの強度を 0.95 ~ 1、グレー スケール モードを自動に、ゲインを 1 回、しきい値を 0.2 ~ 0.4、最小の円形比を 0.5 に、最大ブロブの高さを 50 に設定します。次に、T補正ラックを撮影エリアの中央に置きます。
システムで 8 台のカメラを選択した後、2D モデルを使用して、カメラが T 補正を識別できること、およびノイズ ポイントがないことを確認します。次に、T補正ラックをカメラ領域の中央に置き、システムの準備をクリックします。[L フレーム] ドロップダウン リストから、[5 マーカー ワンド] と [L フレーム] を選択します。
次に、AiM MX カメラオプションの下にあるスタートボタンをクリックします。システムの準備をもう一度クリックした後、ツールウィンドウの[キャリブレーション済みMXカメラ]セクションに移動し、[スタート]ボタンをクリックします。キャプチャ範囲内でT杖を振ります。
赤外線カメラの青色のライトが点滅しなくなったら、操作を停止します。キャリブレーションプロセスが100%で完了し、同時に0%に戻るまでプログレスバーを観察し、画像エラーを観察します。画像誤差が0.3未満の場合は、T字補正フレームを移動領域の中央に配置し、軸方向が力プラットフォームの境界方向と一致していることを確認します。
次に、ツール ウィンドウの [ボリューム原点の設定] セクションで、[開始] ボタンを選択します。すべての参加者がプロの卓球マッチシューズ、同一のTシャツ、タイトフィットパンツを着用し、同じプロの卓球ラケットを使用していることを確認してください。実験環境に5分間適応した後、各参加者はプロのトレッドミルで軽く走り、続いてストレッチをして15分間ウォームアップさせます。
静的キャリブレーションの場合は、参加者に力のプラットフォームに立ってもらい、手を胸に折り畳んで上げ、足の肩幅を離して前方を見ながら安定した姿勢を保ちます。次に、ツールバーの [データ管理] ボタンをクリックし、[新しいデータベース] タブをクリックします。場所をクリックし、試用版の説明をインポートします。
臨床テンプレートを選択し、作成ボタンをクリックします。開いているデータベース ウィンドウで、作成するデータベースの名前を選択します。新しい画面が表示されたら、緑色の新しい患者カテゴリボタン、黄色の新しい患者ボタン、および灰色の新しいセッションボタンをクリックして、実験的な情報を作成します。
Nexus メイン ウィンドウで新しいサブジェクト データセットを作成するには、件名をクリックします。次に、件名のキャプチャ セクションで、[開始] ボタンをクリックして静的モデルを作成します。イメージフレームが140~200の場合は、停止ボタンをクリックして、静止モデルの確立を完了します。
動的な試験を行うために、卓球台とボールバスケットを実験環境に置き、被験者が2種類のフットワークを実行するのに十分なスペースを確保します。その後、参加者にテーブルの左側の準備ができている位置を保持し、テーブルから約半メートル離れた場所に、コーチに最初の衝撃領域に卓球ボールを提供してもらい、続いて最後のインパクトエリアにもう一つ出て行ってもらいます。参加者に最大力でフォアハンドで第1ボールとセカンドサーブボールを打ち、2回目のストロークタスクを終えて準備完了位置に戻るように頼みます。
最初にチャスステップフットワークを使用して5つの成功したストロークを完了し、次にクロスステップフットワークを使用してさらに5つの成功したストロークを完了するように参加者に依頼します。ソフトウェアで、録音を開始するために圧力プラットフォームのキャプチャボタンをクリックし、録音を終了するために停止ボタンをクリックします。参加者ごとにこの 5 回繰り返します。
データを処理するには、データ管理ウィンドウで試用名をダブルクリックします。次に、ツールバーで、パイプラインとラベルの再構築ボタンをクリックして実験デモを表示します。パースペクティブ ウィンドウで、タイム バーの青い三角形を移動して、目的の時間間隔をインターセプトします。
次に、対象のキャリブレーションペインから動的プラグインゲートを選択し、スタートボタンをクリックしてデータを実行してエクスポートします。クロスステップとチャッセステップフットワークの間の地上反力を比較すると、クロスステップフットワークの後部地上反力は、シャスステップフットワークのそれよりも有意に大きかった。しかし、クロスステップフットワークの横地反力は、チャッセステップフットワークのそれよりも有意に低かった。
さらに、クロスステップフットワークの垂直グランド反力は、チャッセステップフットワークのそれよりも有意に低かった。卓球におけるストローク中のクロスステップとチャッセステップフットワークの間の内側または前地上反力の間に違いは認められなかった。重要なステップは、モーション間隔を正確にインターセプトし、モーションフェーズをアクティブにすることです。
この方法をインソール型圧力測定系と組み合わせることにより、足底の各領域の動的特性と地上反力との関係が理解できる。
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概要
本研究では、卓球の2つの基本的なフットワーク技術であるクロスステップとシャッセステップの床反力（GRF）特性を調査します。バイオメカニクス分析を用いて、エリート男性卓球選手における各フットワークスタイルが、ストローク実行時の力発生にどのように影響するかを比較します。本研究の結果は、パフォーマンス向上に向けた下肢ダイナミクスの最適化およびトレーニングへの推奨事項に関する知見を提供します。
研究の主要構成要素
科学分野
- スポーツバイオメカニクス
- 卓球のパフォーマンス解析
- 人間運動科学
背景
- 卓球で効果的なストロークを打つには、迅速かつ正確なフットワークが必要です。
- クロスステップとシャッセステップは、卓球における基礎的な動作パターンです。
- 床反力分析を行うことで、スポーツ動作中のキネティックチェーン（運動連鎖）とエネルギー伝達を理解することができます。
- フットワークを最適化することで、スイングスピードと全体的なパフォーマンスを向上させることができます。
研究目的
- 卓球のストロークにおけるクロスステップとシャッセステップの足運びの地面反力特性を客観的に比較すること。
- トレーニングおよび技術開発に役立つバイオメカニクス的なデータを提供すること。
- エネルギー伝達において、どちらのフットワークスタイルがより優れた下肢のダイナミックパフォーマンスを示すかを明らかにすること。
使用した方法
- 健康な男性の国家レベル1の卓球選手16名が参加した。
- 参加者は、ターゲットゾーンを目標として、クロスステップとシャッセステップの両方のフットワークを用いてフォアハンドストロークを行った。
- フォースプレートを用いて、前後方向、内外方向、および垂直方向の床反力を測定した。
- 赤外線カメラを用いたモーションキャプチャとキャリブレーション手順により、正確なデータ収集を確保した。
主な結果
- 後方向の床反力は、シャッセステップと比較してクロスステップのフットワークにおいて有意に大きかった（P = 0.014）。
- 側方向の床反力は、シャッセステップよりもクロスステップにおいて有意に低かった（P < 0.001）。
- 垂直方向の床反力も、シャッセステップと比較してクロスステップにおいて有意に低かった（P < 0.001）。
- 2種類のフットワークスタイル間で、内側方向または前方向の床反力に有意な差は見られなかった。
結論
- 卓球のストロークにおいて、クロスステップとシャッセステップのフットワークでは、地面反力のプロファイルが明確に異なる。
- シャッセステップは、側方および垂直方向の力生成が高いため、技術習得を助け、初心者により適している可能性がある。
- クロスステップへ移行することで、下肢のダイナミクスが向上し、エネルギー伝達とスイング速度を高めることができる。
よくある質問
産業界における重要性
卓球のフットワークにおける床反力（ground reaction forces）の定量的バイオメカニクス解析は、動作効率とキネティックチェーンの最適化に関する仮説駆動型の評価に堅牢な枠組みを提供します。本プロトコルにより、動作戦略の客観的な比較が可能となり、翻訳スポーツバイオメカニクスにおける予測精度の向上や、初期段階の介入設計に寄与します。このような標準化された測定アプローチは、メカニズム的な仮定のリスクを低減し、ヒューマンパフォーマンス研究における部門横断的な研究開発（R&D）を整合させるために不可欠です。
バイオ医薬品R&Dにおける戦略的応用
初期発見およびターゲット検証
- 制御された速度論的測定を通じて、動作に関する仮説の厳密な検証を可能にする。
- フットワークの種類ごとに床反力変数を分離することで、メカニズム的なリスク低減をサポートする。
- エネルギー伝達およびパフォーマンスに関連するバイオメカニクス的ターゲットの機能的妥当性確認を促進する。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- ヒト被験者における力出力の再現性のある測定のために、検証済みバイオメカニクスアッセイを確立します。
- 研究間の比較可能性および後続の解析に向けて、データ収集プロトコルを標準化します。
- 動作介入やトレーニング計画のスクリーニングに適した定量的出力を提供します。
トランスレーショナルおよび前臨床研究
- スポーツ科学およびリハビリテーション研究におけるバイオメカニクス的な読み取り値とトランスレーショナルなエンドポイントを整合させます。
- 発見段階のキネティックプロファイリングから、動作ベースの介入の前臨床検証までの連続性を可能にします。
- ヒューマンパフォーマンス最適化のための候補プロトコルの、リスク調整後の推進をサポートします。
パイプラインおよびワークフローの統合
本プロトコルは、ヒト動作科学における仮説検証、アッセイ開発、およびトランスレーショナルリサーチのための標準化されたキネティックデータを提供することにより、発見から検証に至る連続的なプロセスに組み込まれます。
- 探索生物学： 床反力を客観的に定量化し、バイオメカニクス的な経路を解明して、動作に関する仮説のリスクを軽減します。
- スクリーニング： 再現性と定量性のある力測定を提供し、動作戦略の信頼性の高い比較を可能にします。
- 解析： 条件間の解析およびデータ駆動型の意思決定を可能にする統計出力を作成します。
- トランスレーショナルリサーチ： 初期のバイオメカニクス的な知見を、ヒトのパフォーマンスおよびリハビリテーションの前臨床モデルへと橋渡しします。
- エンタープライズ再利用： 多様な動作科学への応用に利用可能な、再利用可能な測定プラットフォームを提供します。
運用の影響および企業への影響
- 科学的価値： 動作研究における予測の信頼性を高め、メカニズム的な曖昧さを軽減する。
- 運用的価値： 生体メカニクス検定の標準化、再現性、および拡張性を向上させる。
- 戦略的価値： スポーツ科学の研究開発ポートフォリオにおいて、継続・中止の判断を支援し、リソース配分を最適化する。
- ポートフォリオへの影響： 動作ベースの介入戦略における、リスク調整後の優先順位付けを支援する。
実施上の検討事項
- 生体力学的なデータ収集および解析に関する専門知識が必要です。
- フォースプレート、モーションキャプチャシステム、および解析ソフトウェアへのアクセスが必要です。
- チーム間および研究間での比較可能性を確保するため、プロトコルの標準化が必要です。
- 異なる対象集団や動作パラダイムに応じて、調整が必要になる場合があります。
- 有効な出力を得るためには、正確なキャリブレーションと精密な動作区間の選択に依存します。
バイオファーマ FAQ
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:51
Laboratory Preparation for Table Tennis
2:55
Participants Preparation
3:21
Static Calibration
4:24
Dynamic Trials
5:25
Post-processing
5:57
Results: Comparison of Kinetic Characteristics between the Cross-Step and Chasse Step Footwork During Stroke in Table Tennis
6:41
Conclusion
