Overvågning atleter er afgørende for at forbedre ydeevnen og reducere risikoen for skader i holdsport. Nuværende metoder til at overvåge atleter omfatter ikke de nedre ekstremiteter. Vedhæftning af flere inertiale måleenheder til de nedre ekstremiteter kan forbedre overvågningen af atleter i marken.
Nuværende atlet overvågning praksis i holdsport er primært baseret på positionelle data målt ved global positionering eller lokale positionering systemer. Ulempen ved disse målesystemer er, at de ikke registrerer kinetik med lavere ekstremitet, hvilket kan være en nyttig foranstaltning til at identificere skadesrisikofaktorer. Hurtig udvikling inden for sensorteknologi kan overvinde begrænsningerne i de nuværende målesystemer. Med inertiale måleenheder (IMU’er) sikkert fastgjort til kropssegmenter, sensorfusionsalgoritmer og en biomekanisk model kunne fælles kinematiske estimeres. Hovedformålet med denne artikel er at demonstrere en sensor setup til vurdering af hofte og knæled kinematik af holdsport atleter på området. Fem mandlige forsøgspersoner (22,5 ± 2,1 år; kropsmasse 77,0 ± 3,8 kg; højde 184,3 ± 5,2 cm; træningserfaring 15,3 ± 4,8 år) udførte en maksimal 30 meter lineær sprint. Hofte- og knæledvinkler og vinkelhastigheder blev opnået ved fem IPU’er placeret på bækkenet, begge lår og begge shanks. Hoftevinklerne varierede fra 195° (± 8°) forlængelse til 100,5° (± 8°) fleksion og knævinkler varierede fra 168,6° (± 12°) minimal fleksion og 62,8° (± 12°) maksimal fleksion. Desuden varierede hoftefarvehastigheden mellem 802,6 °s-1 (± 192 %s-1)og -674,9 %s-1 (± 130 °·s-1). Knæets vinkelhastighed varierede mellem 1155,9 °s-1 (± 200 °·s-1)og -1208,2 °·s-1 (± 264 °·s-1). Sensoropsætningen er blevet valideret og kan give yderligere oplysninger om atletovervågning i marken. Dette kan hjælpe fagfolk i en daglig sportsindstilling til at evaluere deres træningsprogrammer, der sigter mod at reducere skader og optimere ydeevnen.
Holdsport (f.eks. fodbold og hockey) er kendetegnet ved skiftevis korte eksplosive handlinger såsom højintensiv løb eller sprint, med længere perioder med mindre krævende aktiviteter som at gå eller jogge1,2,3,4,5,6. I løbet af de sidste årtier har spillets fysiske krav udviklet sig med mere afstand dækket ved høj hastighed og sprint, hurtigere boldhastigheder og flere afleveringer7,8.
Atleter træner konstant hårdt for at opretholde og forbedre deres fysiske kapacitet til at modstå spillets fysiske krav. Den korrekte anvendelse af en træningsstimulans i kombination med tilstrækkelig genopretning fremkalder reaktioner, der fører til tilpasning af menneskekroppen, forbedring af fitness og ydeevne9. Tværtimod kan en ubalance mellem en træningsstimulering og genopretning føre til langvarig træthed og en uønsket træningsrespons (maladaptation), hvilket øger risikoen for skade hos både professionelle og amatørholdssportsudøvere10,11,12,13.
En af de største risici ledsaget af høj træning og match stimuli er muskel stamme skader. Muskel stamme skader udgør mere end en tredjedel af alle tid-tab skader i holdsport og forårsage mere end en fjerdedel af den samlede skade fravær, med hamstrings er den hyppigst involverede14,15,16,17. Desuden er antallet af atleter, der opretholder en forstrækning stamme skade stiger hvert år18,19, på trods af at flere programmer er blevet indført for at forhindre forstrækning stamme skader12,13,20,21. Derfor har dette en negativ indflydelse fra sportslige22 og finansielle23 perspektiver. Således tilstrækkelig overvågning af de enkelte atleter er afgørende for at optimere træningsplaner, minimere skade risiko og optimere ydeevnen.
Nuværende atlet overvågning praksis i holdsport er primært baseret på position data målt ved lokale eller globale positionering systemer24,25. Disse systemer overvåger aktivitet med GPS-baserede målinger,f.eks. En ulempe ved disse foranstaltninger er, at de ikke omfatter kinematik med lavere ekstremitet. Optoelektroniske målesystemer tjener som guldstandard til at udføre en kinematisk analyse af de nedre ekstremiteter under en lineær sprint29,30,31,32. Ulemperne ved disse systemer er manglende økologisk gyldighed på grund af deres begrænsede måleområde, behovet for en ekspert til at betjene systemet og den tidskrævende dataanalyse. Således er denne metode ikke egnet til daglig sportspraksis.
Hurtig udvikling inden for sensorteknologi kan overvinde begrænsningerne i de nuværende metoder til at overvåge atleter. De seneste muligheder for pålidelighed, miniaturisering og datalagring af inertielle måleenheder (IMU) muliggør in-field anvendelse af sensorteknologi. IOU indeholder et accelerometer, gyroskop og magnetometer, som måler acceleration, vinkelhastighed og magnetfelt i tre ortogonale akser henholdsvis33,34. Med sensorer sikkert fastgjort til kropssegmenter, sensorfusionsalgoritmer og en biomekanisk model er det muligt at estimere fælles kinematik33. Registreringen af fælles kinematik i kombination med oplysninger om acceleration af forskellige kropssegmenter kan forbedre atletovervågning i holdsport.
Ved at koble IMU-sensoropsætningen til en standardiseret felttest kan det illustreres, hvordan kinetik med lavere ekstremitet registreres under lineær sprint i marken, hvilket kan være en nyttig foranstaltning til at identificere skadesrisikofaktorer. Sensoropsætningen kan give yderligere oplysninger til aktuelle overvågningsforanstaltninger, som fagfolk kan bruge til at optimere træningsplaner for at forbedre ydeevnen og minimere risikoen for personskader. Derfor er hovedformålet med denne artikel er at demonstrere en inertial sensor setup til vurdering af hofte og knæled kinematik af holdsport atleter på området.
Nuværende metoder til at overvåge atleter i holdsport registrerer ikke kinematik med lavere ekstremitet, hvilket kan være en nyttig foranstaltning til at identificere skadesrisikofaktorer. Guldstandarden til analyse af kinematik med nedre ekstremitet under sprint er optoelektroniske målesystemer29,30,31,32. Selv om optoelektroniske målesystemer tjener som en guldstandard, mangler disse systemer økologisk gyldighed på grund af deres begrænsede måleområde. Sensoropsætningen, der præsenteres i denne artikel, overvinder begrænsningerne i de nuværende målesystemer og er relativt billig. Muligheden for at registrere kinematik i underekstremiteten i marken, målt ved sensoropsætningen, kan forbedre atletovervågningspraksis.
Tidligere undersøgelser, der undersøgte sprint kinematik29,31,37,38,39 rapporterede hoftevinkler fra 210 ° udvidelse til 90 ° fleksion. Desuden rapporterede disse undersøgelser knævinkler fra 160° minimal fleksion og 40° maksimal fleksion. De værdier, der er observeret i denne undersøgelse, ligger inden for det tidligere rapporterede interval. I en undersøgelse38 blev der rapporteret om hoftegange fra -590 °s-1 til 700 °s-1 og knæ kantede hastigheder fra -1.000 °·s-1 til 1.100 °·s-1. Selv om de værdier, der blev observeret i denne undersøgelse, var højere, viser de en lignende tendens over tid. Metoden er blevet valideret og kan bruges til atlet overvågning i feltet40.
Den nuværende undersøgelse har nogle begrænsninger, der skal løses. For det første skal brugerne, bortset fra de anvendte IME’ers karakteristika, være opmærksomme på, at de signaler, der stammer fra ING’erne, påvirkes af flere fejlkilder, som begrænser det mulige udvalg af applikationer41. For det første kan svingning af det bløde væv omkring knoglerne (dvs. artefakter af blødt væv42) påvirke registreringen af kinematik. Af denne grund er det vigtigt omhyggeligt at knytte IU’erne til emnets krop i henhold til de trin, der er beskrevet i protokollen. Selv om der blev taget de nødvendige skridt, skal det bemærkes, at den aktuelle undersøgelse ikke omfattede ekstra elastiske stropper for at forhindre fejlagtig sensorbevægelse. Dette kan forbedre resultaterne og kan ses som en begrænsning af denne undersøgelse. For det andet ændrer ferromagnetiske forstyrrelser fra andre anordninger (hovedsagelig inde i bygninger) størrelsen eller retningen af den målte magnetfeltvektor for IMU’s magnetometer, hvilket forårsager fejl i den anslåede orientering43. Derfor bør kilder til ferromagnetiske forstyrrelser undgås så meget som muligt. Desuden skal det bemærkes, at sensoropsætningen ikke gælder for glidende tackler, da sensorerne løsner sig fra huden som følge af kontakt til jordoverfladen. Således bør deltagerne instrueres i ikke at udføre glidende tackler under små sidet spil. En mulig løsning på dette problem kunne være at integrere sensoropsætningen i smarte beklædningsgenstande (dvs.en Smart Sensor Tights).
De kinematiske variabler, der opnås ved sensoropsætningen, kan bruges i en segmentmodel for at overvåge atleter i marken. Tidligere forskning fundet reduceret maksimal kombineret hofte fleksion og knæ forlængelse vinkel (dvs. teoretisk forstrækning længde) efter hver halvdel af en fodboldkampsimulation 44. I samme undersøgelse er der observeret en stigning i shank kantet hastighed i enderne af hver halvdel. Den lavere forstrækning længde kombineret med en øget skaft hastighed kan indikere en øget risiko for overdreven forstrækning stamme efter træthed. Sådanne ændringer i sprintkinetik kan påvises i en feltindstilling ved hjælp af en inertiel måleenhed (IMU) drevet segmentmodel. Udover ændringer i fælles kinematik kan kræfter, der virker på kroppen som helhed, også estimeres. Jordreaktionskræfter (GRF) beskriver den biomekaniske belastning, som det samlede muskel- og skeletsystem oplever, og kan estimeres ved hjælp af Newtons anden bevægelseslov (dvs. Aktuel forskning i løb brugte GRF-estimering til at optimeresprintydelsen 45,46 eller vurdere potentiel skadesrisiko47,48,49,50. Disse undersøgelser tyder på, at belastningshastigheder, lodrette slagkrafttoppe og vandret brudkraft er relateret til skader på overforbrug i bevægeapparatet. Selv om det er en udfordring at estimere GRF præcist under meget dynamiske holdsport specifikke bevægelser51,52, muligheden for at overvåge disse variabler under målinger på området kunne give nye oplysninger for at optimere ydeevnen, eller for at forhindre skader.
Resultaterne i dette papir er begrænset til overvågning af kinematik med lavere ekstremitet under en lineær sprint med fokus på forstrækningsstammeskademekanisme. Det skal dog bemærkes, at hofte- og lyskeskader også forekommer ofte i holdsport14,17,53,54,55. Disse skader er sandsynligvis forårsaget af gentagne inddragelse af spark og retningsændring. Således bør fremtidig forskning ikke kun begrænse deres fokus på sprint i forhold til forstrækning stamme skade mekanisme, men også fokusere på at udvide viden om ændring af retning opgaver56 og sparker57,58,59 i forhold til hofte og lyske skader.
Afslutningsvis kan denne sensoropsætning integreres i smarte beklædningsgenstande. Smart beklædningsgenstande kan gøre det muligt at registrere lavere ekstremitet kinematik i marken under holdsport specifikke opgaver, som kan forbedre overvågning atleter i fremtiden. Dette kan hjælpe fagfolk i en daglig sport indstilling til at evaluere deres træningsprogrammer og optimere dem, der sigter mod at reducere risikoen for personskader.
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne vil gerne heldigvis anerkende de finansieringskilder, som den nederlandske nationale forskningsorganisation (NWO) stiller til rådighed. Desuden vil forfatterne gerne heldigvis anerkende det nederlandske royale fodboldforbund (KNVB) for at lette forskningsprogrammet ved at give adgang til deres forskningsfaciliteter. Endelig vil forfatterne gerne takke Thijs Wiggers for hans bidrag til forskningsprogrammet.
Computer software | The MathWorks, Inc., Natick, MA, USA | Matlab Version 2018b | |
Cones | Nike | n = 4 | |
Double-sided adhesive tape | For attaching IMUs on the skin | ||
Inertial Measurement Units | MPU-9150, Invensense, San Jose, California, United States | n = 5; Dimensions: 3.5 x 2.5 x 1.0 cm; Weight: 0,011 kg; Sample frequency: 500Hz; Accelerometer: ± 16 G, Gyroscope: ± 2000 °/s | |
Measuring tape | Minimal length: 30 meters | ||
Pre-tape spray | Mueller Tuffner, Mueller Sports Medicine, Inc., Wisconsin, United States | Contents: 283 g | |
Stretch Tape | Fixomull, BSN Medical, Almere, The Netherlands |