Name: Wpływ manipulacji szerokością kroku na biomechanikę biegu (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-02-28T12:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 53 s
Description: Poznaj wpływ szerokości kroku na biomechanikę kończyn dolnych podczas biegu. Ta metoda analizuje obciążenie stawów i koordynację mięśni, pomagając poprawić wydajność i zmniejszyć ryzyko kontuzji.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

To badanie było wspierane przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (12202216), Fundację Nauk Przyrodniczych Ningbo (2023J128) oraz Interdyscyplinarny Projekt Najlepszego Innowacyjnego Funduszu Młodzieżowego Uniwersytetu Ningbo "Mechanika+" (GC2024006).

Badanie otrzymało zgodę Komisji Etyki Instytutu Badawczego Uniwersytetu Ningbo (Numer zatwierdzenia: ty2022001). Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę po zapoznaniu się z celem, wymaganiami i procedurami eksperymentu. Szczegółowe informacje na temat używanych materiałów eksploatacyjnych, sprzętu i oprogramowania znajdują się w Tabeli materiałów.
1. Przygotowanie eksperymentalne
<ol>
	<li>Przygotowanie sprzętu
	<ol>
		<li>Umieść osiem kamer na podczerwień w odpowiednich miejscach podczas kalibracji sprzętu i sprawdź, czy w obszarze eksperymentu nie ma odbić (np. odblaskowych znaczników na ubraniach uczestników). Usuń lub zakryj odbicia i upewnij się, że jest wystarczająco oświetlone.</li>
		<li>Włóż sparowany klucz sprzętowy szyfrowania do portu równoległego komputera. Uruchom kamery do przechwytywania ruchu, oprogramowanie śledzące, wzmacniacz platformy siłowej i ADC.</li>
		<li>Otwórz oprogramowanie śledzące i poczekaj na zainicjowanie ośmiu kamer. Upewnij się, że proces został zakończony, gdy kontrolki kamery zmienią kolor z czerwonego na zielony.</li>
		<li>Przełącz się w tryb aparatu i rozwiń panel Zasoby systemowe po lewej stronie. Wybierz wszystkie osiem kamer.</li>
		<li>Dostosuj ustawienia w lewym panelu w obszarze Właściwości. Ustaw intensywność błysku na 0,95-1, wzmocnienie na 1x, a tryb skali szarości na Auto. W obszarze Dopasowanie środka ciężkości ustaw próg na 0,2–0,4, minimalny współczynnik kołowości na 0,5 i maksymalną wysokość plamki na 50.</li>
		<li>Umieść ramkę w kształcie litery T ze znacznikami na środku obszaru przechwytywania ruchu. Ponownie wybierz wszystkie osiem kamer z paska narzędzi po lewej stronie.</li>
		<li>Wykonaj kalibrację w panelu Narzędzia po prawej stronie. Wybierz obiekt kalibracji różdżki z 5 znacznikami i ramką T z listy ramek T. </li>
		<li>Kliknij przycisk Zatrzymaj pod opcją Maskuj kamerę w panelu Narzędzia przygotowania systemu. Gdy ekran zmieni kolor na niebieski, kliknij ponownie przycisk, aby przywrócić go do stanu Stop.</li>
		<li>Kliknij przycisk Start pod opcją Kalibruj kamery. Przesuwaj ramkę T do przodu i do tyłu w zakresie przechwytywania, upewniając się, że wysokość wychylenia jest zgodna z wysokością ogniskowej aparatu. Zatrzymaj się, gdy niebieskie kontrolki na aparatach przestaną migać.</li>
		<li>Przełącz widok na Perspektywa 3D i umieść ramkę T z powrotem na środku obszaru przechwytywania ruchu. Upewnij się, że jest wyrównany z granicami platformy siłowej.</li>
		<li>Kliknij przycisk Start pod opcją Ustaw początek woluminu w prawym panelu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie platformy ciśnieniowej
	<ol>
		<li>Umieść dwie osadzone płytki siłowe na środku obszaru przechwytywania ruchu i zsynchronizuj je z częstotliwością 1000 Hz.</li>
		<li>Zaznacz sześć szerokości stopni na platformie siłowej za pomocą różnych kolorowych taśm, aby przedstawić każdy warunek, w tym preferowaną szerokość kroku i pięć wariantów (zmniejszenie o 13% i 6,5% oraz zwiększenie długości nóg o 25%, 13% i 6,5%). Podłącz platformę do komputera w celu zbierania danych. 
		UWAGA: Upewnij się, że system rejestruje współrzędne przednio-tylne stopy (oś Y) po zetknięciu, z żółtą taśmą oznaczającą preferowaną szerokość kroku i innymi kolorami wskazującymi różnice.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie układu rozrządu
	<ol>
		<li>Umieść jednowiązkową elektroniczną bramkę pomiaru czasu na statywie, aby rejestrować prędkość biegu uczestników podczas przechodzenia przez płytki siłowe. 
		UWAGA: Upewnij się, że odległość między elektronicznymi bramkami rozrządu wynosi 3 m (jak pokazano na <silna klasa="xfig">Rysunek 1).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Przygotowanie uczestników
<ol>
	<li>Uzyskaj pisemną świadomą zgodę uczestników, krótko wyjaśnij cel badania i procedury oraz zachęcaj do zadawania pytań. Upewnij się, że wszyscy uczestnicy dominują prawą nogą, aby zminimalizować zmienność. 
	UWAGA: W niniejszym badaniu bierze udział 13 zdrowych chińskich mężczyzn o średniej wieku 22,7 lat, wadze 70,9 kg i wzroście 1,75 m. Upewnij się, że w ciągu ostatnich sześciu miesięcy nie doszło do urazów kończyn dolnych ani deformacji stóp. Taki dobór próby zmniejsza wpływ wieku i płci na parametry biomechaniczne, zapewniając trafność statystyczną i odtwarzalność. Wielkość próby jest wystarczająca do analizy wpływu szerokości kroku na biomechanikę.</li>
	<li>Poinstruuj uczestników, aby nosili obcisłe spodnie sportowe i standardowe buty eksperymentalne, aby zminimalizować zakłócenia chodu. Usuń nadmiar odzieży.</li>
	<li>Zbieraj i rejestruj dane antropometryczne: wzrost, wagę, długość nóg, szerokość ramion i szerokość bioder. 
	UWAGA: Zmierz długość nogi od przedniego górnego grzbietu biodrowego do kostki bocznej. Zmierz szerokość ramion i szerokość bioder jako bezpośrednie odległości między odpowiednimi anatomicznymi punktami orientacyjnymi.</li>
	<li>Utrzymuj skórę uczestników w suchości i przymocuj odblaskowe znaczniki do anatomicznych punktów orientacyjnych za pomocą taśmy dwustronnej. 
	UWAGA: Użyj 38 znaczników odblaskowych z określonymi pozycjami i nazwami etykiet wyszczególnionymi w Tabeli 1. Zapewnij precyzyjne umieszczenie i bezpieczne mocowanie znaczników. W przypadku obszarów o dużym natężeniu ruchu lub nierównych powierzchniach wzmocnij markery taśmą mięśniową lub przyjaznym dla skóry klejem. Po umieszczeniu znaczników zrób zdjęcia z przodu, z tyłu i z boków w celu dokumentacji.</li>
	<li>Poinstruuj uczestników, aby biegali przez 5 minut w ramach rozgrzewki przed rozpoczęciem nagrań statycznych i dynamicznych.</li>
</ol>
3. Kalibracja statyczna
<ol>
	<li>Uruchom oprogramowanie śledzące i utwórz nową bazę danych, wybierając opcję Nowa baza danych z paska narzędzi. W sekcji Zarządzanie danymi wybierz Klasyfikacja nowego pacjenta, następnie Nowy pacjent, a na koniec kliknij Nowa sesja, aby skonfigurować bazę danych informacji o uczestnikach.</li>
	<li>Kliknij Transmituj na żywo na lewym pasku narzędzi, a następnie użyj przycisku Podziel w poziomie w interfejsie Widok. Wybierz grafikę, aby wyświetlić liczniki trajektorii.</li>
	<li>Kliknij na Przygotowanie tematu na pasku narzędzi. Poinstruuj uczestnika, aby stał ze stopami rozstawionymi na szerokość barków, jedną nogą na platformie siłowej, rękami równolegle do barków i patrzył prosto przed siebie. Kliknij Start, aby rozpocząć zbieranie danych i przytrzymaj pozycję przez 10 sekund. Kliknij Zatrzymaj, aby zakończyć przechwytywanie statyczne. 
	UWAGA: Przełącz się w tryb "Perspektywa 3D", aby upewnić się, że kamera uchwyci co najmniej jedną klatkę pokazującą 38 odblaskowych znaczników na ciele uczestnika.</li>
</ol>
4. Próby dynamiczne
<ol>
	<li>Poinformuj uczestników, aby przygotowali się do eksperymentu i weszli w stan eksperymentu.</li>
	<li>Operacje na oprogramowaniu
	<ol>
		<li>Kliknij Transmituj na żywo w lewym panelu Zasoby i Przechwyć w prawym panelu Narzędzia. Gdy uczestnicy będą gotowi, rozpocznij próbę, klikając przycisk Rozpocznij i zakończ ją, klikając przycisk Zatrzymaj po zakończeniu. 
		UWAGA: Oznacz różne próby różnymi szerokościami kroku w sekcji "Nazwa próby".</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przeprowadź preferowany eksperyment z szerokością kroku, rejestrując ruch z trzema różnymi prędkościami.
	<ol>
		<li>Poinstruuj uczestników, aby chodzili naturalnie po prostej ścieżce z dwiema platformami siłowymi, kładąc lewą stopę na platformie A (Kistler), a prawą stopę na platformie B (AMTI).</li>
		<li>Próbę należy uznać za udaną, jeśli czas wykonania jednego przejazdu (przelotu nad platformami siłowymi) mieści się w przedziale 0,95-1,05 s przy prędkości 3,0 m/s lub między 0,76-0,86 s przy prędkości 3,7 m/s. Powtórz próbę, jeśli czas nie spełnia tych kryteriów, aby zminimalizować wpływ wahań prędkości na biomechanikę biegu. Głównym celem jest zbadanie wpływu prędkości. 
		UWAGA: Te zakresy czasowe zostały obliczone na podstawie predefiniowanych prędkości jazdy (3,0 m/s i 3,7 m/s) oraz znanej odległości między elektronicznymi bramkami pomiaru czasu. Dzięki temu uczestnicy utrzymują stałą prędkość biegu przez cały czas trwania badania i dokładnie odzwierciedlają warunki eksperymentalne.</li>
		<li>Poinstruuj uczestników, aby biegli z prędkością 3,7 m/s po prostej ścieżce z dwiema platformami siłowymi. 
		UWAGA: Jeśli czas przejścia nad platformą siłową wynosi od 0,76 do 0,86 s, próbę należy uznać za udaną; W przeciwnym razie spróbuj ponownie. Upewnij się, że uczestnicy konsekwentnie stawiają lewą stopę na platformie A, a prawą stopę na platformie B. Wcześniejsze badania wykazały znaczące różnice biomechaniczne przy różnych prędkościach9,10,11,12. Poinstruuj uczestników, aby ćwiczyli wiele razy przed formalnymi próbami, aby zapewnić naturalny chód. Uważnie monitoruj badania, upewniając się, że ich wykonanie jest prawidłowe, a markery pozostają na swoim miejscu. Każdy warunek wymaga co najmniej pięciu udanych prób.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Pomiar preferowanej szerokości kroku i ustawianie różnych szerokości kroku
	<ol>
		<li>Opierając się na definicji szerokości kroku i wcześniejszych badaniach, zmierz preferowaną przez uczestników szerokość kroku w trzech trybach ruchu8,18,19,20. Korzystając z systemu przechwytywania ruchu, upewnij się, że oś Y w laboratoryjnym układzie współrzędnych reprezentuje kierunek środkowo-boczny (z boku na bok).
		<ol>
			<li>Zapisz współrzędne osi Y lewego i prawego znacznika pięty podczas początkowego kontaktu z podłożem. Oblicz preferowaną szerokość kroku jako różnicę współrzędnych osi Y dwóch pięt, zapewniając bezpośrednią miarę odległości bocznej między stopami.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Oznacz platformy siłowe różnymi kolorowymi taśmami odpowiadającymi warunkom szerokości pięciu stopni (szerokość kroku zmniejszona lub zwiększona o 13%, 6,5% lub 25% długości nóg). Żółta taśma wskazuje preferowaną szerokość kroku. 
		UWAGA: Poprzednie badania wykazały znaczące różnice biomechaniczne, gdy szerokość stopnia zmienia się o 13% w stosunku do długości nogi5,8,18,19. Na podstawie tego ustalenia wprowadź dodatkowe warunki dotyczące szerokości kroku.</li>
		<li>Poinstruuj uczestników, aby szli prosto, skupiając się przed sobą. Upewnij się, że lewa stopa stawia kroki na żółtej taśmie na platformie A, a prawa stopa na taśmie innego koloru na platformie B. Losowo przypisz określone kolory taśmy, aby zmienić szerokość kroku. 
		UWAGA: Zbierz co najmniej pięć udanych prób dla każdego warunku szerokości kroku.</li>
		<li>Poinstruuj uczestników, aby biegali z prędkością 3,0 m/s i 3,7 m/s z pięcioma różnymi szerokościami stopni. 
		UWAGA: Upewnij się, że uczestnicy postępują zgodnie z instrukcjami i monitoruj, czy marker się nie odczepił. Zbierz co najmniej pięć udanych prób dla każdego schorzenia i zapewnij odpowiedni czas odpoczynku po każdym teście.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. Przetwarzanie danych
<ol>
	<li>Po zakończeniu eksperymentu ręcznie przetwórz wszystkie zebrane dane za pomocą kompatybilnego oprogramowania. Sekwencyjnie połącz dane zgodnie z punktami znaczników ustawionymi w tabeli 1.</li>
	<li>Sprawdź każdą statyczną lub dynamiczną trajektorię pod kątem brakujących lub przerwanych znaczników na uczestnikach. Użyj narzędzia do łączenia punktów/wypełniania w oprogramowaniu, aby ręcznie ponownie połączyć brakujące znaczniki, odwołując się do pobliskich znaczników w celu uzyskania dokładności.</li>
	<li>Analizuj siły reakcji podłoża (GRF) podczas dynamicznych czynności, ustawiając pionowy próg 20 N w celu wykrycia kontaktu stopy i oderwania palców, definiując fazę podparcia w każdym cyklu chodu. 
	UWAGA: Dane GRF od kontaktu pięty do oderwania palców definiują jeden cykl chodu i są zapisywane jako surowe pliki C3D.</li>
	<li>Eksportuj przetworzone dane w formatach C3D, MOT, TRC i CSV. Upewnij się, że każdy uczestnik ukończy około 55 prób w warunkach statycznych, chodzenia i biegania z sześcioma różnymi szerokościami kroków. Skorzystaj z danych, aby porównać szerokości kroków i charakterystykę kończyn. 
	UWAGA: Pomimo ścisłego przestrzegania protokołu, niektórzy uczestnicy mogą mieć niekompletne dane z powodu zaniku trajektorii znacznika w systemie sprzętu.</li>
</ol>
6. Analiza statystyczna
<ol>
	<li>Analizuj dane za pomocą oprogramowania statystycznego (np. SPSS, Python), koncentrując się na wpływie szerokości kroku i prędkości biegu na biomechanikę kończyn dolnych.</li>
	<li>Do analizy parametrów biomechanicznych należy użyć ANOVA z powtarzanych pomiarów, w razie potrzeby stosując poprawkę Bonferroniego do testów post-hoc.</li>
	<li>6.3. Stosuj metody nieparametryczne, takie jak test Friedmana, gdy nie są spełnione założenia normalności i sferyczności. Ustaw wszystkie poziomy istotności na p < 0,05.</li>
</ol>

<ol><li>Mcandrew Young, P. M., Dingwell, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Voluntary+changes+in+step+width+and+step+length+during+human+walking+affect+dynamic+margins+of+stability%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+Posture%22%5BJournal%5D)">Voluntary changes in step width and step length during human walking affect dynamic margins of stability.</a> Gait Posture. 36 (2), 219-224 (2012).</li>
<li>Perry, J. A., Srinivasan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Walking+with+wider+steps+changes+foot+placement+control%2C+increases+kinematic+variability+and+does+not+improve+linear+stability%5BTitle%5D)+AND+%22R.+Soc.+Open+Sci%22%5BJournal%5D)">Walking with wider steps changes foot placement control, increases kinematic variability and does not improve linear stability.</a> R. Soc. Open Sci. 4 (9), 160627(2017).</li>
<li>Pohl, M. B., Messenger, N., Buckley, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+foot+and+lower+limb+coupling+due+to+systematic+variations+in+step+width%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Biomech%22%5BJournal%5D)">Changes in foot and lower limb coupling due to systematic variations in step width.</a> Clin Biomech. 21 (2), 175-183 (2006).</li>
<li>Maharaj, J. N., Murry, L. E., Cresswell, A. G., Lichtwark, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increasing+step+width+reduces+the+requirements+for+subtalar+joint+moments+and+powers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Increasing step width reduces the requirements for subtalar joint moments and powers.</a> J. Biomech. 92, 29-34 (2019).</li>
<li>Molitor, S. L., Neptune, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lower-limb+joint+quasi-stiffness+in+the+frontal+and+sagittal+planes+during+walking+at+different+step+widths%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Lower-limb joint quasi-stiffness in the frontal and sagittal planes during walking at different step widths.</a> J. Biomech. 162, 111897(2024).</li>
<li>Brindle, R. A., Milner, C. E., Zhang, S., Fitzhugh, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changing+step+width+alters+lower+extremity+biomechanics+during+running%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+Posture%22%5BJournal%5D)">Changing step width alters lower extremity biomechanics during running.</a> Gait Posture. 39 (1), 124-128 (2014).</li>
<li>Meardon, S. A., Campbell, S., Derrick, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Step+width+alters+iliotibial+band+strain+during+running%5BTitle%5D)+AND+%22Sports+Biomech%22%5BJournal%5D)">Step width alters iliotibial band strain during running.</a> Sports Biomech. 11 (4), 464-472 (2012).</li>
<li>Meardon, S. A., Derrick, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+step+width+manipulation+on+tibial+stress+during+running%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Effect of step width manipulation on tibial stress during running.</a> J. Biomech. 47 (11), 2738-2744 (2014).</li>
<li>Schache, A. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+running+speed+on+lower+limb+joint+kinetics%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Sci+Sports+Exerc%22%5BJournal%5D)">Effect of running speed on lower limb joint kinetics.</a> Med Sci Sports Exerc. 43 (7), 1260-1271 (2011).</li>
<li>Petersen, J., Sørensen, H., Nielsen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cumulative+loads+increase+at+the+knee+joint+with+slow-speed+running+compared+to+faster+running%3A+A+biomechanical+study%5BTitle%5D)+AND+%22J+Orthop+Sports+Phys+Ther%22%5BJournal%5D)">Cumulative loads increase at the knee joint with slow-speed running compared to faster running: A biomechanical study.</a> J Orthop Sports Phys Ther. 45 (4), 316-322 (2015).</li>
<li>Chehab, E. F., Andriacchi, T. P., Favre, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Speed%2C+age%2C+sex%2C+and+body+mass+index+provide+a+rigorous+basis+for+comparing+the+kinematic+and+kinetic+profiles+of+the+lower+extremity+during+walking%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Speed, age, sex, and body mass index provide a rigorous basis for comparing the kinematic and kinetic profiles of the lower extremity during walking.</a> J Biomech. 58, 11-20 (2017).</li>
<li>Yu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Principal+component+analysis+of+the+running+ground+reaction+forces+with+different+speeds%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Bioeng.+Biotechnol.+9%22%5BJournal%5D)">Principal component analysis of the running ground reaction forces with different speeds.</a> Front. Bioeng. Biotechnol. 9. 9, 629809(2021).</li>
<li>Fukuchi, R. K., Fukuchi, C. A., Marcos, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+public+dataset+of+running+biomechanics+and+the+effects+of+running+speed+on+lower+extremity+kinematics+and+kinetics%5BTitle%5D)+AND+%22PeerJ%22%5BJournal%5D)">A public dataset of running biomechanics and the effects of running speed on lower extremity kinematics and kinetics.</a> PeerJ. 5, e3298(2017).</li>
<li>Reznick, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lower-limb+kinematics+and+kinetics+during+continuously+varying+human+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Data%22%5BJournal%5D)">Lower-limb kinematics and kinetics during continuously varying human locomotion.</a> Sci. Data. 8 (1), 282(2021).</li>
<li>Fukuchi, C. A., Fukuchi, R. K., Duarte, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+public+dataset+of+overground+and+treadmill+walking+kinematics+and+kinetics+in+healthy+individuals%5BTitle%5D)+AND+%22PeerJ%22%5BJournal%5D)">A public dataset of overground and treadmill walking kinematics and kinetics in healthy individuals.</a> PeerJ. 6, e4640(2018).</li>
<li>Lencioni, T., Carpinella, I., Rabuffetti, M., Marzegan, A., Ferrarin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+kinematic%2C+kinetic+and+EMG+data+during+different+walking+and+stair+ascending+and+descending+tasks%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Data%22%5BJournal%5D)">Human kinematic, kinetic and EMG data during different walking and stair ascending and descending tasks.</a> Sci. Data. 6, 309(2019).</li>
<li>Scherpereel, K., Molinaro, D., Inan, O., Shepherd, M., Young, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+human+lower-limb+biomechanics+and+wearable+sensors+dataset+during+cyclic+and+non-cyclic+activities%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Data%22%5BJournal%5D)">A human lower-limb biomechanics and wearable sensors dataset during cyclic and non-cyclic activities.</a> Sci. Data. 10 (1), 924(2023).</li>
<li>Sample, D. W., Thorsen, T. A., Weinhandl, J. T., Strohacker, K. A., Zhang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+increased+step-width+on+knee+biomechanics+during+inclined+and+declined+walking%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Biomech%22%5BJournal%5D)">Effects of increased step-width on knee biomechanics during inclined and declined walking.</a> J Appl Biomech. 36 (5), 292-297 (2020).</li>
<li>Bennett, H. J., Shen, G., Cates, H. E., Zhang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+toe-in+and+toe-in+with+wider+step+width+on+level+walking+knee+biomechanics+in+varus%2C+valgus%2C+and+neutral+knee+alignments%5BTitle%5D)+AND+%22Knee%22%5BJournal%5D)">Effects of toe-in and toe-in with wider step width on level walking knee biomechanics in varus, valgus, and neutral knee alignments.</a> Knee. 24 (6), 1326-1334 (2017).</li>
<li>Shih, H. -J. S., Gordon, J., Kulig, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trunk+control+during+gait%3A+Walking+with+wide+and+narrow+step+widths+present+distinct+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Trunk control during gait: Walking with wide and narrow step widths present distinct challenges.</a> J. Biomech. 114, 110135(2021).</li>
<li>Mcandrew Young, P. M., Dingwell, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Voluntarily+changing+step+length+or+step+width+affects+dynamic+stability+of+human+walking%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+Posture%22%5BJournal%5D)">Voluntarily changing step length or step width affects dynamic stability of human walking.</a> Gait Posture. 35 (3), 472-477 (2012).</li>
<li>Effects of wide step walking on swing phase hip muscle forces and spatio-temporal gait parameters. Bajelan, S., Nagano, H., Sparow, T., Begg, R. K. 2017 39th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2017, Jeju, Korea (South), , 954 (2017).</li>
<li>Arvin, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+narrow+base+gait+on+mediolateral+balance+control+in+young+and+older+adults%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Effects of narrow base gait on mediolateral balance control in young and older adults.</a> J Biomech. 49 (7), 1264-1267 (2016).</li>
<li>Schreiber, C., Moissenet, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+multimodal+dataset+of+human+gait+at+different+walking+speeds+established+on+injury-free+adult+participants%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Data%22%5BJournal%5D)">A multimodal dataset of human gait at different walking speeds established on injury-free adult participants.</a> Sci Data. 6 (1), 111(2019).</li>
<li>Moreira, L., Figueiredo, J., Fonseca, P., Vilas-Boas, J. P., Santos, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lower+limb+kinematic%2C+kinetic%2C+and+EMG+data+from+young+healthy+humans+during+walking+at+controlled+speeds%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Data%22%5BJournal%5D)">Lower limb kinematic, kinetic, and EMG data from young healthy humans during walking at controlled speeds.</a> Sci Data. 8 (1), 103(2021).</li>
<li>Zee, T. J. V. D., Mundinger, E. M., Kuo, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+biomechanics+dataset+of+healthy+human+walking+at+various+speeds%2C+step+lengths+and+step+widths%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Data%22%5BJournal%5D)">A biomechanics dataset of healthy human walking at various speeds, step lengths and step widths.</a> Sci Data. 9, 704(2022).</li>
</ol>

Wpływ szerokości kroku na bieganie człowieka jest kwestią wieloaspektową i istotną. Szerokość kroku odnosi się do bocznej odległości między środkiem pięty a podłożem przy pierwszym kontakcie każdej stopy3. Zmiana szerokości kroku może wpływać na stabilność, równowagę, biomechanikę i wydatek energetyczny podczas biegu. Wcześniejsze badania sugerują, że zwiększenie szerokości kroku może zmniejszyć kąt przywodzenia biodra, moment odwodzenia kolana i impuls szczytowy. I odwrotnie, zwężenie szerokości ...

Czynniki środowiskowe, w tym elementy przestrzenne i czasowe, bezpośrednio wpływają na codzienny ruch człowieka. Osoby mogą przyjmować różne postawy i wzorce ruchowe podczas biegania i chodzenia w różnych warunkach środowiskowych. Powszechnie wiadomo, że zmiana techniki biegania może wpływać na biomechanikę ciała, a szerokość kroku jest ściśle związana ze stabilnością i równowagą podczas biegania przez człowieka1,2. Szerokość kroku jest definiowana jako odległość przyśrodkowo-boczna między śródstopiem a początkowym kontaktem każdej stopy z podłożem, reprezentująca zmienną w płaszczyźnie czołowej3. Podczas chodzenia i biegania krótkotrwałe zmiany szerokości kroku mogą wpływać na biomechanikę kończyn dolnych w trzech płaszczyznach3,4,5.
Liczne badania wykazały, że szerokość kroku znacząco wpływa na biomechanikę stawów kończyn dolnych, kinematykę i kinetykę podczas biegu. Szersza szerokość kroku zmniejsza kąty przywodzenia bioder, momenty odwodzenia kolana i kąty odchylenia tylnej części stopy, przyczyniając się do zwiększenia stabilności i potencjalnie zmniejszając ryzyko kontuzji6,7. I odwrotnie, węższa szerokość kroku zwiększa wewnętrzną rotację kolana i kąty przywodzenia bioder, potencjalnie podnosząc obciążenia stawów. W szczególności wąska szerokość kroku została powiązana ze zwiększonymi zmianami w rotacji wewnętrznej kolana i szczytowym momencie odwodzenia kolana w porównaniu z normalną szerokością kroku6,7. Dodatkowo, wykazano, że szersze szerokości stopni zmniejszają obciążenie kości piszczelowej, zmniejszając w ten sposób obciążenie kości piszczelowej podczas biegania8. Odkrycia te podkreślają kluczową rolę szerokości kroku w wpływie na biomechanikę biegu, podkreślając jej znaczenie w optymalizacji wydajności i minimalizacji ryzyka kontuzji.
Badania wykazały ponadto, że prędkość chodzenia i biegania wpływa na parametry biomechaniczne kończyn dolnych9,10,11,12. Jednak wpływ zmiany szerokości kroku na biomechanikę przy różnych prędkościach ćwiczeń pozostaje niejasny, a dostępne są ograniczone dane naukowe dotyczące ruchu człowieka w różnych warunkach prędkości i szerokości kroku. Dlatego niniejsze badanie ma na celu zbadanie wpływu zmian szerokości kroku na biomechanikę kończyn dolnych przy różnych prędkościach, koncentrując się na kluczowych parametrach, takich jak kąt przywodzenia biodra i moment odwodzenia kolana.
Aby rozwiązać ten problem, stworzono zbiór danych składający się z 13 zdrowych uczestników płci męskiej w wieku 20-24 lat, w tym pliki C3D i gotowe do użycia dane kinematyczne. Uczestnicy zostali poinstruowani, aby biegać z prędkością 3,0 m/s i 3,7 m/s przy użyciu sześciu różnych szerokości kroków. Wybór tych szerokości i prędkości kroków został oparty na istniejących wynikach badań i aktualnym stanie zestawów danych open source dotyczących biomechaniki chodu w literaturze13,14,15,16,17. Badanie to ma na celu zbadanie ostrego wpływu zmian szerokości kroku na łańcuch kinetyczny kończyn dolnych, jednocześnie rozszerzając zestaw danych, aby dostarczyć cennych informacji na temat związku między szerokością kroku a biomechaniką kończyn dolnych.

<table><tbody><tr><td>Płyta siłowa</td><td>AMTI AMTI</td><td>OR6-7</td><td>Watertown, MA, USA</td></tr><tr><td>Kolorowa taśma do znakowania podłóg</td><td></td> <td>Ogólny-Służy</td> <td>do oznaczania różnych szerokości stopni na płytach siłowych, zakupiona online</td></tr><tr><td>Płyta Kistler Force</td><td>Kistler</td><td>9260AA</td><td>Winterthur, Szwajcaria</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td>Wersja R2021b</td><td>Przetwarzanie i modelowanie danych</td></tr><tr><td>Odblaskowe Markery</td><td>Vicon Metrics Sp. z o.o.</td><td>-</td><td>Służy do oznaczania punktów ciała uczestnika</td></tr><tr><td>Single-Beam Electronic Timing Gate</td><td>Brower Timing</td><td></td> <td>System-Draper, UT, USA, Służy do rejestrowania prędkości biegu</td></tr><tr><td>Standardowe buty eksperymentalne</td><td>Oznaczone marką</td><td></td> <td>Standaryzowane buty w celu zminimalizowania zakłóceń chodu</td></tr><tr><td>Vicon Motion Capture System</td><td>Vicon Metrics Ltd.</td><td>Vicon T-Series</td><td>Oxford, Wielka Brytania, używany do przechwytywania ruchu</td></tr><tr><td>Vicon Nexus Software</td><td>Vicon Metrics Ltd.</td><td>Wersja 1.8.5A</td><td>Gromadzenie i analiza danych</td></tr></tbody></table>

wpływ manipulacji szerokością kroku na biomechanikę biegu

Influence of Step-Width Manipulation on Running Biomechanics

Szerokość kroku jest kluczowym czynnikiem wpływającym na biomechanikę kończyn dolnych podczas biegu, znacząco wpływając na stabilność, wydajność i ryzyko kontuzji. Zrozumienie tych efektów jest niezbędne do optymalizacji wydajności biegowej i zminimalizowania ryzyka kontuzji. W badaniu tym oceniano wpływ różnych szerokości kroków na biomechanikę kończyn dolnych przy różnych prędkościach biegu. W badaniu wzięło udział trzynastu zdrowych chińskich mężczyzn (w wieku 20-24 lat), którzy biegali z prędkością 3,0 m/s i 3,7 m/s przy użyciu sześciu różnych szerokości kroków: preferowanej szerokości kroku i pięciu wariantów (redukcje o 13% i 6,5% oraz wzrosty o 6,5%, 13% i 25%, w zależności od długości nóg). Dane zebrano za pomocą systemu przechwytywania ruchu i płyt siłowych, a następnie przeanalizowano za pomocą powtarzających się pomiarów, testów ANOVA i korelacji. Wyniki wykazały, że szersze kroki znacznie zmniejszyły szczytowe momenty odwodzące staw kolanowy i kąty przywodzenia biodra, podczas gdy węższe kroki zwiększyły obciążenie stawu kolanowego. Odkrycia te mają ważne implikacje dla klinicystów i biegaczy, sugerując, że staranny dobór szerokości kroku może pomóc zmniejszyć ryzyko kontuzji i zwiększyć wydajność biegu. Badanie to wnosi nowy zestaw danych, który stanowi podstawę dla przyszłych badań nad związkiem między szerokością kroku a biomechaniką biegu i służy jako punkt odniesienia dla praktyk treningowych i rehabilitacyjnych.

Po zakończeniu eksperymentu i przetwarzaniu danych, przetworzone trajektorie markerów oraz symulowane dane siły reakcji podłoża (GRF) zostały zapisane w plikach C3D, zgodnie z opisem w Tabeli 1. Folder C3D.zip zawiera surowy zestaw danych uzyskanych z eksperymentu przechwytywania ruchu. Wszystkie rekordy danych wymieniono w Tabeli 2. Zestaw danych jest zorganizowany w folderach, z których każdy reprezentuje jednego z 13 uczestników. W tych podfolderach pliki eksperymentalne są nazwane <e...

Obecny protokół przedstawia eksperymentalną konfigurację zaprojektowaną do zbadania wpływu manipulacji szerokością kroku na biomechanikę działania za pomocą systemu przechwytywania ruchu. Celem jest poszerzenie odpowiednich zbiorów danych i zbadanie wpływu różnych szerokości stopni na łańcuch kinematyczny kończyny dolnej człowieka.

Wpływ manipulacji szerokością kroku na biomechanikę biegu

Step width is a critical factor influencing lower limb biomechanics during running, significantly affecting stability, performance, and injury risk. ...

Nasze badania koncentrują się na tym, jak szerokość kroku wpływa na biomechanikę kończyn dolnych podczas biegu. Badamy, w jaki sposób zmiany szerokości kroku wpływają na obciążenie stawów, stabilność i koordynację mięśni. Jego ostatecznym celem jest pomoc biegaczom w poprawie wydajności i zmniejszeniu ryzyka kontuzji poprzez znalezienie idealnej szerokości kroku.Techniki przechwytywania ruchu szybko ewoluowały wraz z szybkim rozwojem technologii i zaawansowanym podejściem interdyscyplinarnym. Na przykład przejściowe przechwytywanie ruchu oparte na markerach w laboratorium, techniki bezznacznikowe oparte na sztucznej inteligencji z danymi wideo i urządzeniami ubieralnymi. Techniki te pomagają w analizie ruchu człowieka w różnych scenariuszach.W dziedzinie biomechaniki sportu technologie takie jak przechwytywanie ruchu bez znaczników, urządzenia do noszenia na ciele i symulacje biomechaniczne naprzód badania. Systemy bez znaczników analizują ruchy natury, podczas gdy urządzenia do noszenia, takie jak IMU i smart ace, zapewniają ciągłe dane szeregów czasowych. Modele biomechaniczne i przetwarzanie danych procesowych oparte na sztucznej inteligencji pomagają naukowcom optymalizować wydajność i zmniejszać ryzyko urazów dzięki zindywidualizowanym strategiom.W niniejszym badaniu chcielibyśmy zbadać zmienność szerokości kroku biegowego w biomechanice kończyn dolnych. Jednak zaburzone warunki szerokości kroku w dobrze zaprojektowanym laboratorium mogą nie być możliwe do odtworzenia w rzeczywistym scenariuszu otaczającym środowisko. Nasze przyszłe badania będą dotyczyły tego, w jaki sposób szerokość kroku wpływa na biomechanikę kończyn dolnych w różnych populacjach, w tym biegaczkach i osobach starszych.Będziemy badać długoterminowy wpływ regulacji szerokości kroku na wydajność i zapobieganie kontuzjom oraz wykorzystywać uczenie maszynowe do opracowania spersonalizowanych strategii optymalizacji biomechaniki biegu. Aby rozpocząć, otwórz oprogramowanie śledzące i poczekaj na zainicjowanie ośmiu kamer na podczerwień. Następnie przełącz się w tryb aparatu i rozwiń panel zasobów systemowych po lewej stronie.Wybierz wszystkie osiem kamer. Dostosuj ustawienia w lewym panelu w obszarze Właściwości. Ustaw intensywność błysku na 0,95 do 1, wzmocnienie na 1x, a tryb skali szarości na automatyczny.W obszarze Dopasowanie środka ciężkości ustaw próg na 0,2 do 0,4, minimalny współczynnik kołowości na 0,5, a maksymalną wysokość plamki na 50. Umieść klatkę T ze znacznikami na środku obszaru przechwytywania ruchu. Ponownie wybierz wszystkie osiem kamer z paska narzędzi po lewej stronie.Wykonaj kalibrację w panelu narzędzi po prawej stronie. Wybierz różdżkę z pięcioma znacznikami i obiekt kalibracji ramki T z listy ramek T. Teraz w opcji Kalibruj kamery kliknij przycisk Start.Przesuwaj ramkę T do przodu i do tyłu w zakresie przechwytywania, dopasowując wysokość wychylenia do wysokości ogniskowej aparatu. Zatrzymaj się, gdy niebieskie kontrolki na aparacie przestaną migać. Przełącz widok na perspektywę 3D i umieść ramkę T z powrotem na środku obszaru przechwytywania ruchu.Kliknij przycisk Start pod opcją Ustaw początek woluminu w prawym panelu. Następnie, aby przygotować platformę ciśnieniową, zsynchronizuj osadzone płytki siłowe z częstotliwością 1000 Hz. Podłącz platformę do komputera w celu zbierania danych.Aby przygotować system pomiaru czasu, umieść elektroniczną bramkę pomiaru czasu z pojedynczą wiązką na statywie, aby rejestrować prędkość biegu uczestników, gdy przechodzą przez płytki siłowe. Uruchom oprogramowanie śledzące. Wybierz pozycję Nowa baza danych z paska narzędzi.W sekcji Zarządzanie danymi wybierz opcję Klasyfikacja nowych pacjentów. Potem nowy pacjent. I na koniec kliknij Nowa sesja, aby skonfigurować bazę danych informacji o uczestnikach.Poinstruuj uczestnika, aby stanął ze stopami rozstawionymi na szerokość barków, upewniając się, że jedna stopa jest umieszczona na platformie siłowej. Ramiona są trzymane równolegle do barków, a ich wzrok skierowany jest prosto przed siebie. Kliknij Transmituj na żywo na lewym pasku narzędzi.Następnie użyj przycisku podziału w poziomie w interfejsie Widok i wybierz Grafika, aby wyświetlić liczbę trajektorii. Następnie kliknij Start, aby rozpocząć zbieranie danych i przytrzymaj pozycję przez 10 sekund. Kliknij przycisk Zatrzymaj, aby zakończyć przechwytywanie statyczne.Poinstruuj uczestnika, aby szedł naturalnie po prostej ścieżce z dwiema platformami siły, kładąc lewą stopę na platformie A, a prawą stopę na platformie B.To ocenić sukces próby, sprawdź, czy czas ukończenia jednego biegu mieści się w przedziale od 0,95 do 1,05 sekundy przy prędkościach 3 metrów na sekundę lub od 0,76 do 0,86 sekundy przy 3,7 metra na sekundę. Poinstruuj uczestnika, aby biegł z prędkością 3,7 metra na sekundę po prostej ścieżce z dwiema platformami siłowymi. Aby zmierzyć preferowaną szerokość stopnia, oznacz platformy siłowe różnokolorowymi taśmami odpowiadającymi pięciu warunkom szerokości stopnia.Poinstruuj uczestników, aby szli prosto, skupiając się przed sobą. Kąty odwodzenia i odwodzenia bioder podczas biegania wykazywały spójne wzorce przy różnych szerokościach kroków i prędkościach, potwierdzając wyniki ostatnich badań biegowych.

influence-of-step-width-manipulation-on-running-biomechanics

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Właściwości inercyjne segmentu ciała są wymagane do modelowania dynamiki odwrotnej. Za pomocą techniki płytki oscylacyjnej i reakcyjnej zmierzono właściwości inercyjne protez poniżej kolana. Zastosowanie bezpośrednich pomiarów bezwładności protezy w modelu dynamiki odwrotnej protezy nogi skutkowało mniejszymi wielkościami wypadkowych sił i momentów stawowych.

Techniki oscylacji i reakcji do szacowania właściwości bezwładności protezy poniżej kolana

Tutaj prezentujemy nowatorski protokół do pomiaru stabilności pozycyjnej w kluczowych momentach podczas jazdy z pozycji siedzącej do stojącej i chodzącej, wykorzystując środek nacisku do odległości środka ciężkości całego ciała. Zostało to wyprowadzone z platformy siłowej i technologii trójwymiarowego przechwytywania ruchu. Paradygmat jest wiarygodny i może być wykorzystany do oceny osób z zaburzeniami neurologicznymi.

Siedzenie, stanie i chodzenie od 120% wysokości kolan: nowatorskie podejście do oceny dynamicznej kontroli postawy niezależnie od kończyny prowadzącej

Opisujemy protokół badania adaptacji lokomotorycznej człowieka za pomocą bieżni z dzielonym pasem, która ma dwa pasy, które mogą napędzać każdą nogę z inną prędkością. W szczególności skupiamy się na paradygmacie zaprojektowanym w celu przetestowania uogólnienia dostosowanych wzorców lokomotorycznych do różnych kontekstów chodzenia (np. prędkości chodu, środowisk chodzenia).

Wykorzystanie bieżni z dzielonym pasem do oceny uogólnienia adaptacji lokomotorycznej człowieka

To badanie dotyczyło kinematyki kończyn dolnych i siły reakcji podłoża (GRF) podczas umiarkowanego joggingu i biegania na wysokich obcasach. Badani zostali podzieleni na grupy osób noszących doświadczone i nieposiadających doświadczenia. Trójwymiarowy system analizy ruchu ze skonfigurowaną platformą siłową rejestrował ruchy stawów kończyn dolnych i GRF.

Wykorzystanie złotego standardu metod analizy chodu do oceny wpływu doświadczenia na mechanikę kończyn dolnych podczas umiarkowanego joggingu i biegania na wysokich obcasach

Tutaj prezentujemy protokół do oceny różnic w mechanizmach kontuzji między profesjonalnymi i amatorskimi graczami podczas wykonywania maksymalnego prawego wykroku w badmintonie, analizując kinematykę kończyn dolnych.

Metody analizy biomechanicznej do oceny wydajności zawodowych graczy w badmintona

Ten artykuł przedstawia obszerną metodologię eksperymentalną dotyczącą dwóch najnowszych dostępnych technologii pomiaru biomechaniki kończyn dolnych u osób.

Analiza biomechaniczna kończyn dolnych zdrowych uczestników

To badanie badało biomechaniczne cechy zmiennych kinematycznych kończyn dolnych między początkową a końcową fazą biegu na bieżni 5 km. Dane kinematyczne kończyn dolnych 10 biegaczy zebrano za pomocą trójwymiarowego systemu przechwytywania ruchu na bieżni odpowiednio w fazie początkowej (0,5 km) i końcowej (5 km).

Analiza porównawcza kinematyki kończyn dolnych między początkową a końcową fazą biegu na bieżni na 5 km

To badanie porównało cechy biomechaniczne kończyny dolnej podczas nieplanowanego zakończenia chodu przy różnych prędkościach chodu. Dane kinematyczne i kinetyczne kończyn dolnych od piętnastu osób o normalnej i dużej prędkości chodzenia zebrano przy użyciu systemu analizy ruchu i platformy nacisku podeszwowego.

Charakterystyka biomechaniczna kończyn dolnych związana z nieplanowanym zakończeniem chodu przy różnych prędkościach chodzenia

To badanie przedstawia protokół do badania charakterystyki siły reakcji podłoża między krokiem poprzecznym a krokiem chasse podczas uderzenia w tenisie stołowym.

Porównanie charakterystyk kinetycznych pracy nóg podczas uderzenia w tenisie stołowym: Cross-Step i Chasse Step

Ten artykuł opisuje materiał i metodę opracowaną do badania organizacji posturalnej inicjacji chodu. Metoda opiera się na zapisach platformy siłowej i na bezpośredniej zasadzie mechaniki do obliczania kinematyki środka ciężkości i środka nacisku.

Posturalna organizacja inicjacji chodu do analizy biomechanicznej z wykorzystaniem nagrań platformy siłowej

Protokół ten opisuje ustandaryzowane podejście do ilościowej analizy rozkładu ciśnienia podeszwowego, równowagi stopy i kąta osi stopy podczas zadań zmiany kierunku 45° za pomocą płytki naciskowej Footscan, umożliwiającej powtarzalną ocenę dwustronnych wzorców obciążeń kończyn przy kontrolowanej prędkości podejścia.

Wpływ ruchu zmiany kierunku (COD) na ciśnienie podeszwowe i równowagę stopy w kończynach obustronnych

Poznaj wpływ szerokości kroku na biomechanikę kończyn dolnych podczas biegu. Ta metoda analizuje obciążenie stawów i koordynację mięśni, pomagając poprawić wydajność i zmniejszyć ryzyko kontuzji.

Wpływ manipulacji szerokością kroku na biomechanikę biegu

Przeglądaj więcej filmów