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Behavior

मैदान पर टीम स्पोर्ट एथलीटों में हिप और घुटने के संयुक्त Kinematics का अनुमान लगाने के लिए एक जड़त्वीय माप इकाई आधारित विधि

Published: May 26, 2020 doi: 10.3791/60857
Automatic Translation
*1, *2, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 5, 6, 1, 1
1Center for Human Movement Sciences, University Medical Center, University of Groningen, 2Department of Human Movement Sciences, Faculty of Behavioural and Movement Sciences, Vrije Universiteit Amsterdam, 3Emerging Materials, Department of Design Engineering, Delft University of Technology, 4Department of Biomechanical Engineering, Delft University of Technology, 5FIFA Medical Center, Royal Netherlands Football Association, 6Royal Dutch Hockey Association
* These authors contributed equally

Summary

टीम के खेल में प्रदर्शन में सुधार और चोट के जोखिम को कम करने के लिए एथलीटों की निगरानी आवश्यक है । एथलीटों की निगरानी करने के लिए वर्तमान तरीकों में निचले छोर शामिल नहीं हैं। निचले छोर तक कई जड़त्वीय माप इकाइयों को संलग्न करने से क्षेत्र में निगरानी एथलीटों में सुधार हो सकता है ।

Abstract

टीम के खेल में वर्तमान एथलीट निगरानी अभ्यास मुख्य रूप से वैश्विक स्थिति या स्थानीय स्थिति प्रणालियों द्वारा मापा स्थितीय डेटा पर आधारित है । इन माप प्रणालियों का नुकसान यह है कि वे कम चरम गति kinematics रजिस्टर नहीं है, जो चोट जोखिम कारकों की पहचान करने के लिए एक उपयोगी उपाय हो सकता है । सेंसर प्रौद्योगिकी में तेजी से विकास वर्तमान माप प्रणालियों की सीमाओं को दूर कर सकता है। शरीर के खंडों, सेंसर फ्यूजन एल्गोरिदम और एक बायोमैकेनिकल मॉडल के लिए सुरक्षित रूप से तय की गई जड़त्वीय माप इकाइयों (आईएमयू) के साथ, संयुक्त काइनेमेटिक्स का अनुमान लगाया जा सकता है। इस लेख का मुख्य उद्देश्य क्षेत्र में टीम खेल एथलीटों के कूल्हे और घुटने संयुक्त kinematics का आकलन करने के लिए एक सेंसर सेटअप प्रदर्शित करने के लिए है । पांच पुरुष विषयों (आयु २२.५ ± २.१ वर्ष; शरीर द्रव्यमान ७७.० ± ३.८ किलो; ऊंचाई १८४.३ ± ५.२ सेमी; प्रशिक्षण अनुभव १५.३ ± ४.८ वर्ष) ने अधिकतम 30 मीटर रैखिक स्प्रिंट का प्रदर्शन किया । कूल्हे और घुटने के जोड़ कोण और कोणीय वेग श्रोणि पर रखे गए पांच आईएमयू द्वारा प्राप्त किए गए थे, दोनों जांघों और दोनों टांगों । हिप कोण 195 डिग्री (± 8 डिग्री) विस्तार से लेकर 100.5 डिग्री (± 8 डिग्री) फ्लेक्सन और घुटने के कोण 168.6 डिग्री (± 12 डिग्री) न्यूनतम फ्लेक्सन और 62.8 डिग्री (± 12 डिग्री) अधिकतम फ्लेक्सन से लेकर। इसके अलावा, हिप कोणीय वेग 802.6 डिग्री-1 (± 192 डिग्री-1)और -674.9 डिग्री -1 (± 130डिग्री-1)के बीच था। घुटने का कोणीय वेग 1155.9 डिग्री-1 (± 200डिग्री-1)और -1208.2 डिग्री-1 (± 264डिग्री-1)के बीच था। सेंसर सेटअप को मान्य किया गया है और क्षेत्र में एथलीट निगरानी के संबंध में अतिरिक्त जानकारी प्रदान कर सकता है। यह एक दैनिक खेल सेटिंग में पेशेवरों को अपने प्रशिक्षण कार्यक्रमों का मूल्यांकन करने में मदद कर सकता है, जिसका लक्ष्य चोट को कम करना और प्रदर्शन को अनुकूलित करना है।

Introduction

टीम के खेल (जैसे, फ़ुटबॉल और फील्ड हॉकी) को उच्च तीव्रता वाले चलने या दौड़ लगाने जैसे संक्षिप्त विस्फोटक कार्यों को बारी-बारी से चिह्नित किया जाता है,जिसमें चलने या जॉगिंग1,2,3,4,5, 6जैसी कम मांग वाली गतिविधियों की लंबी अवधि होती है। पिछले दशकों में, खेल की शारीरिक मांगें उच्च गति और दौड़ लगाने, तेज गेंद की गति और अधिक पास7, 8पर कवर की गई अधिक दूरी के साथ विकसितहुईं।

एथलीटों लगातार कठिन ट्रेन को बनाए रखने और खेल की शारीरिक मांगों का सामना करने के लिए अपनी शारीरिक क्षमता में सुधार करने के लिए । पर्याप्त वसूली के साथ संयोजन में एक प्रशिक्षण प्रोत्साहन का सही आवेदन प्रतिक्रियाओं को प्रेरित करता है जो मानव शरीर के अनुकूलन का कारण बनते हैं, फिटनेस और प्रदर्शन 9 में सुधारकरतेहैं। इसके विपरीत, प्रशिक्षण प्रोत्साहन और वसूली के बीच असंतुलन लंबे समय तक थकान और एक अवांछनीय प्रशिक्षण प्रतिक्रिया (मैलाडैप्टेशन) का कारण बन सकता है, जिससे पेशेवर और शौकिया टीम खेल एथलीटों10, 11,12, 13दोनों में चोट का खतरा बढ़जाताहै।

उच्च प्रशिक्षण और मैच उत्तेजनाओं के साथ प्रमुख जोखिमों में से एक मांसपेशियों में तनाव की चोटें हैं। मांसपेशियों में खिंचाव की चोटें टीम के खेल में सभी समय-हानि चोटों के एक तिहाई से अधिक होती हैं और कुल चोट अनुपस्थिति के एक चौथाई से अधिक का कारण बनती हैं, हैमस्ट्रिंग सबसे अधिक बार शामिल होते हैं14,15,16,17। इसके अलावा , हैमस्ट्रिंग स्ट्रेन इंजरी को बनाए रखने वाले एथलीटों की संख्या हर साल18,19तक बढ़ती है , इसके बावजूद हैमस्ट्रिंग स्ट्रेन इंजरी को रोकने के लिए कई कार्यक्रम शुरू किए गए हैं12,13, 20,21. नतीजतन, यह स्पोर्टिव22 और वित्तीय23 दृष्टिकोण से एक नकारात्मक प्रभाव पड़ता है । इस प्रकार, प्रशिक्षण कार्यक्रम के अनुकूलन, चोट जोखिम को कम करने और अनुकूलन प्रदर्शन के लिए व्यक्तिगत एथलीटों की पर्याप्त निगरानी आवश्यक है ।

टीम स्पोर्ट्स में वर्तमान एथलीट निगरानी अभ्यास मुख्य रूप से स्थानीय या ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम24,25द्वारा मापा गया स्थिति डेटा पर आधारित है । ये प्रणालियां जीपीएस-आधारित मैट्रिक्स जैसे दूरी कवर, औसत रनिंग वेग या एक्सेलेरोमेट्री-आधारित मैट्रिक्स जैसे प्लेयरलोड26,27, 28के साथ गतिविधि की निगरानी करती हैं। इन उपायों का एक नुकसान यह है कि वे कम चरम विस्तार kinematics शामिल नहीं है । ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक मापन प्रणाली एक रैखिक स्प्रिंट 29 , 30 , 31,32केदौराननिचले हिस्सों का का कानेमैटिक विश्लेषण करने के लिए सोने के मानक के रूप में काम करतीहै। इन प्रणालियों के नुकसान उनके प्रतिबंधित माप क्षेत्र, प्रणाली को संचालित करने के लिए एक विशेषज्ञ की जरूरत है और समय लेने वाले डेटा विश्लेषण के कारण पारिस्थितिक वैधता की कमी है । इस प्रकार, यह विधि दैनिक खेल अभ्यास के लिए उपयुक्त नहीं है।

सेंसर प्रौद्योगिकी में तेजी से विकास एथलीटों की निगरानी के लिए वर्तमान तरीकों की सीमाओं को दूर कर सकते हैं । जड़त्वीय माप इकाइयों (आईएमयू) की हालिया विश्वसनीयता, लघुकरण और डेटा भंडारण संभावनाएं सेंसर प्रौद्योगिकी के इन-फील्ड अनुप्रयोग को सक्षम बनाती हैं। आईएमयू में एक एक्सेलेरोमीटर, जायरोस्कोप और मैग्नेटोमीटर होते हैं जो तीन ऑर्थोगोनल अक्षों में क्रमशः33, 34में त्वरण, कोणीय वेग और चुंबकीय क्षेत्र को मापते हैं। शरीर के खंडों, सेंसर फ्यूजन एल्गोरिदम और एक बायोमैकेनिकल मॉडल के लिए सुरक्षित रूप से तय किए गए सेंसर के साथ, संयुक्त काइनेमेटिक्स33का अनुमान लगाना संभव है। विभिन्न निकाय खंडों के त्वरण के बारे में जानकारी के साथ संयोजन में संयुक्त काइनेमेटिक्स के पंजीकरण से टीम के खेल में एथलीट निगरानी में सुधार हो सकता है।

आईएमयू सेंसर सेटअप को मानकीकृत क्षेत्र परीक्षण के लिए युग्मन करके, यह दर्शाया जा सकता है कि क्षेत्र में रैखिक दौड़ लगाने के दौरान कम चरम गति कैसे दर्ज की जाती है, जो चोट-जोखिम कारकों की पहचान करने के लिए एक उपयोगी उपाय हो सकता है। सेंसर सेटअप वर्तमान निगरानी उपायों के लिए अतिरिक्त जानकारी प्रदान कर सकता है जो पेशेवर प्रदर्शन में सुधार और चोट के जोखिम को कम करने के लिए प्रशिक्षण कार्यक्रम को अनुकूलित करने के लिए उपयोग कर सकते हैं। इसलिए, इस लेख का मुख्य उद्देश्य क्षेत्र में टीम खेल एथलीटों के कूल्हे और घुटने संयुक्त kinematics का आकलन करने के लिए एक जड़ता सेंसर सेटअप प्रदर्शित करना है।

Protocol

इस खंड में वर्णित सभी तरीकों को ग्रोनिंगन विश्वविद्यालय के सेंटर फॉर ह्यूमन मूवमेंट साइंसेज की नैतिक समिति (रजिस्टर संख्या: 201800904) द्वारा अनुमोदित किया गया है।

1. फील्ड टेस्ट और जड़त्वीय माप इकाई तैयारी

  1. फील्ड टेस्ट की शुरुआत निर्धारित करने के लिए एक दूसरे से कम से कम 1 मीटर दो शंकु सेट करें।
    नोट: शंकु के बीच 1-मीटर की दूरी इस विषय को फील्ड टेस्ट के शुरुआती बिंदु के माध्यम से आसानी से चलाने में सक्षम बनाती है। इस दूरी को परीक्षण नेता की वरीयता में समायोजित किया जा सकता है।
  2. परीक्षण के शुरुआती बिंदु से टेप को मापने के द्वारा क्षेत्र परीक्षण के अंत बिंदु का निर्धारण करें जब तक कि 30 मीटर रैखिक दूरी की यात्रा नहीं की जाती है।
  3. फील्ड टेस्ट के अंत बिंदु को निर्धारित करने के लिए एक दूसरे से कम से कम 1 मीटर दो शंकु सेट करें।
  4. विषय के शरीर से ठीक से जुड़ा होने के लिए आईएमयू तैयार करें।
    नोट: आईएमयू आयामों और वजन विशेषताओं के लिए सामग्री की तालिका देखें।
    1. 5 टुकड़ों में खिंचाव टेप काट 10 सेमी x 10 सेमी के आकार।
    2. उपयोग किए जाने वाले आईएमयू के आकार के बराबर 5 टुकड़ों में डबल-तरफा चिपकने वाला टेप (उदाहरण के लिए, टूपी टेप) काटें।
    3. प्रत्येक आईएमयू में दो तरफा चिपकने वाले टेप का एक टुकड़ा संलग्न करें।
    4. प्रत्येक आईएमयू को लेबल करें, ताकि डेटा विश्लेषण के दौरान इसे व्यक्तिगत रूप से पहचाना जा सके।

2. विषय की तैयारी

  1. विषय के लिंग, आयु, शरीर के वजन और ऊंचाई के बारे में जानकारी प्राप्त करें। विषय से पूछो टीम के खेल में उनकी पृष्ठभूमि के बारे में एक प्रश्नावली में भरने के लिए । समावेशन मानदंडों को पूरा करने वाले विषयों से लिखित सूचित सहमति प्राप्त करें।
    नोट: प्रश्नों के उदाहरण: (i) कितने वर्षों के लिए आप फुटबॉल खेलते हैं? (ii) आप किस स्तर पर फुटबॉल खेलते हैं? (iii) पिछले 6 महीनों के दौरान आपके पास प्रति सप्ताह कितने घंटे फ़ुटबॉल प्रशिक्षण है? (iv) आपकी खेल की स्थिति क्या है? (v) क्या आपको कोई दर्द हुआ या आपने पिछले 6 महीनों के दौरान निचले छोर पर मस्कुलोस्केलेटल चोट को बनाए रखना था?
  2. निर्धारित करें कि विषय समावेशन मानदंडों को पूरा करता है या नहीं।
    नोट: प्रोटोकॉल निष्पादित करने से पहले 6 महीनों में निचले चरम पर किसी भी मस्कुलोस्केलेटल चोटों या दर्द का अनुभव नहीं होने पर विषयों को शामिल करें; विषयों शौकिया स्तर पर प्रतिस्पर्धी टीम के खेल में 1 साल से अधिक का अनुभव होना चाहिए ।
  3. खेल के कपड़ों में बदलने के लिए विषय से पूछें (उदाहरण के लिए, एक फुटबॉल शर्ट, फुटबॉल शॉर्ट्स और फुटबॉल जूते)।
    नोट: क्योंकि सेंसर टिबिया पर रखा जाएगा, फुटबॉल मोजे अवांछित हैं ।
  4. विषय के शरीर को संलग्न करने के लिए आईएमयू तैयार करें।
    1. सभी 5 आईएमयू को एक-दूसरे के बगल में संरेखित करें।
    2. सेंसर के ऊपर एक बटन लगाकर एक ही समय में सभी पांच आईएमयू को सक्रिय करें। हरी बत्ती टिमटिमाने पर सेंसर एक्टिवेट हो जाता है।
      नोट: इस पल से, प्रत्येक IMU 500 हर्ट्ज पर डेटा के नमूने. डेटा आंतरिक रूप से एसडी कार्ड पर संग्रहीत किया जाता है। टेस्ट पूरा होने के बाद डाटा लैपटॉप या कंप्यूटर पर अपलोड करना होगा।
    3. सुनिश्चित करें कि एक यांत्रिक चोटी एक ही समय में एक कठिन सतह पर सभी IMUs दोहन द्वारा उत्पन्न किया गया है (उदाहरण के लिए, एक मेज पर) ।
      नोट: आईएमयू संकेतों को सिंक्रोनाइज करने के लिए मैकेनिकल पीक की जरूरत होती है । आईएमयू संकेतों का सिंक्रोनाइजेशन डेटा प्रोसेसिंग (सेक्शन 5) के दौरान किया जाता है। जब व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सेंसरों का उपयोग किया जाता है तो यह अनुभाग आवश्यक नहीं है। उस स्थिति में, सेंसर को सिंक्रोनाइज़ करने के लिए संबंधित सॉफ्टवेयर का उपयोग करें।
  5. विषय के शरीर(चित्रा 1)के लिए IMUs संलग्न करें ।
    1. निम्नलिखित शारीरिक स्थानों पर विषय के शरीर के बालों को शेव करें: पीछे के दोनों बेहतर इलियाक कताई के बीच सैक्रम में, दाएं और बाएं टिबिया दोनों का एंटेरोमेडियल बोनी हिस्सा, और दोनों दाएं और बाएं जांघ (यानी, ट्रैक्टस इलिओटिलिबिलिस) का पार्श्व हिस्सा।
      नोट: शारीरिक स्थानों जहां सेंसर रखा जाना चाहिए टटोलना द्वारा निर्धारित किया जा सकता है ।
    2. चरण 2.5.1 में वर्णित शारीरिक स्थानों पर चिपकने वाला स्प्रे करें। चिपकने वाला स्प्रे सूखा है सुनिश्चित करने के लिए 5−10 एस रुको।
      नोट: स्प्रे को त्वचा से कम से कम 10 सेमी (4 इंच) दूर रखें और वांछित क्षेत्र को व्यापक गति के साथ स्प्रे करें।
    3. आईएमयू से दो तरफा चिपकने वाले टेप की सुरक्षात्मक परत निकालें।
    4. आईएमयू को वर्णित शारीरिक स्थानों पर रखें। आईएमयू के संबंधित लेबल के साथ शारीरिक स्थान लिखें (उदाहरण के लिए, सही टांग: आईएमयू 1)।
    5. प्रत्येक IMU के शीर्ष पर खींच टेप संलग्न करने के लिए सुनिश्चित करें कि सेंसर अतिरिक्त रूप से त्वचा के लिए सुरक्षित है ।

3. आईएमयू सेंसर अंशांकन

  1. विषय को निर्देश देने के लिए अपने पैर हिप चौड़ाई के अलावा और उनके पक्ष में उनके हाथ के साथ एक तटस्थ स्थिति में अभी भी खड़े हो जाओ । इस स्थिति को न्यूनतम 5 एस की अवधि तक बनाए रखें।
  2. इस विषय को अपने बाएं कूल्हे और घुटने को धनु विमान में 90 डिग्री कोण पर फ्लेक्स करने के लिए निर्देश दें जिसके बाद कूल्हे को उनकी तटस्थ स्थिति में विस्तारित किया जाए जैसा कि चरण 3.1 में वर्णित है।
    नोट: काइनेमेटिक चर की परिभाषाओं के लिए, चित्रा 2देखें ।
  3. दाहिने कूल्हे और घुटने के लिए चरण 3.2 दोहराएं।
  4. प्रतिभागी को निर्देश दें कि वे अपने ट्रंक को जमीन की ओर फ्लेक्स करें और अपनी तटस्थ स्थिति में लौटें।
  5. न्यूनतम 5 एस की अवधि का इंतजार करें।
  6. एक बार चरण 3.1−3.5 दोहराएं।

4. 30 मीटर रैखिक स्प्रिंट परीक्षण निष्पादित करें

  1. इस विषय को वार्मिंग करने के लिए निर्देश दें (उदाहरण के लिए, फुटबॉल विशिष्ट फीफा 11+ वार्मिंग अप कार्यक्रम20)।
  2. परीक्षा प्रोटोकॉल के बारे में विषय को सूचित करें।
    1. स्पष्ट रूप से कहा गया है कि परीक्षण के दौरान चोट को बनाए रखने का खतरा सामान्य प्रशिक्षण के दौरान की तुलना में अधिक नहीं है और यह विषय किसी भी समय परीक्षा को बिना किसी कारण दिए निरस्त कर सकता है ।
    2. विषय को सही शुरुआती स्थिति में खड़े होने का निर्देश दें, जिसमें उनके पसंदीदा पैर शुरुआती लाइन पर खड़े होते हैं और मैदान पर शुरुआती रेखा के पीछे उनके कंधे होते हैं।
    3. इस विषय को निर्देश दें कि परीक्षा नेता 3 से 0 तक गिनेगा और उसके बाद ' स्टार्ट ' चिल्ला रहा है । निर्देश है कि जब 'शुरू' बुलाया गया है, परीक्षण शुरू होता है.
    4. 30 मीटर के अंत बिंदु तक पहुंच जाने तक जितनी जल्दी हो सके स्प्रिंट के लिए विषय को सूचित करें। 30 मीटर फिनिश पॉइंट तक पहुंचने के बाद, विषय को एक ठहराव की स्थिति में जितनी जल्दी हो सके गिरावट करनी होगी।
    5. विषय को प्रश्न पूछने की अनुमति दें। यदि आवश्यक हो, तो विषय को प्रोटोकॉल के साथ विषय को परिचित करने के लिए अभ्यास रन करने की अनुमति दें।
  3. विषय पूछें कि क्या निर्देश स्पष्ट थे।
  4. सुनिश्चित करें कि विषय सही शुरुआती स्थिति में है।
  5. '3' से '0' तक गिनें और परीक्षण शुरू करने के लिए 'स्टार्ट' चिल्लाएं। स्टार्ट साइन दिए जाने पर टाइमर शुरू करें।
  6. अधिकतम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए विषय को प्रोत्साहित करें।
  7. टाइमर बंद करो जब प्रतिभागी अपने ठहराव की स्थिति में पहुंच गया है।
  8. जब तक तीन स्प्रिंट नहीं किए जाते तब तक 4.4−4.6 चरण दोहराएं।
    नोट: प्रतिभागियों को परीक्षणों के बीच कम से कम 2 मिनट के लिए आराम करने दें। डेटा विश्लेषण के लिए सबसे तेज स्प्रिंट शामिल करें।
  9. विषय को ठंडा करने के लिए निर्देश दें।
  10. विषय के शरीर से स्ट्रेच टेप और डबल-तरफा चिपकने वाले टेप को हटाकर आईएमयू को विषय से अलग कर दें।

5. डाटा प्रोसेसिंग

  1. यूएसबी केबल का उपयोग करके आईएमयू को कंप्यूटर से कनेक्ट करें। कच्चे आईएमयू डेटा को कंप्यूटर पर एक विशिष्ट फ़ोल्डर में निर्यात करें।
  2. खुला MATLAB (संस्करण r2018b) । रॉ आईएमयू डेटा फाइल्स (यानी एक्सेलेरोमीटर, जायरोस्कोप और मैग्नेटोमीटर डेटा) आयात करें।
  3. कच्चे आईएमयू डेटा फाइलों को सिंक्रोनाइज करें।
    1. एक सेंसर (जैसे, श्रोणि सेंसर) की त्वरण डेटा फाइल आयात करें।
    2. एक्स, वाई और जेड त्वरण संकेतों में अंतर करके झटका की गणना करें। कुल झटका प्राप्त करने के लिए एक्स, वाई, और जेड झटका योग करें।
    3. डेटा फ़ाइल में इंडेक्स मूल्य खोजकर यांत्रिक चोटी प्राप्त करें जहां कुल झटका अपने अधिकतम मूल्य तक पहुंच गया है। इंडेक्स वैल्यू माप की शुरुआत है।
    4. सेंसर के इंडेक्स वैल्यू से पहले एक्सीलरेशन डेटा, मैग्नेटोमीटर डेटा और जायरोस्कोप डेटा के सभी डेटा पॉइंट्स डिलीट कर दें ।
    5. संबंधित सेंसर की प्रत्येक कच्ची डेटा फ़ाइल के लिए 5.3.1−5.3.3 चरण दोहराएं।
    6. प्रत्येक डेटा फ़ाइल के लिए नमूना डेटा अंकों की संख्या प्राप्त करके कौन सा सेंसर डेटा अंक की सबसे कम मात्रा में होता है निर्धारित करें।
    7. कम से कम समय अवधि के लिए संकेतों को पंजीकृत करने वाले सेंसर के आकार के बराबर अन्य सभी डेटा फ़ाइलों को काटें।
  4. 12 हर्ट्ज की कटऑफ फ्रीक्वेंसी के साथ दूसरे ऑर्डर कम-पास बटरवर्थ फिल्टर का इस्तेमाल करते हुए फिल्टर जायरोस्कोप डेटा।
    नोट: पिछले प्रायोगिक प्रयोगों में दृश्य डेटा निरीक्षण के आधार पर फ़िल्टर और विशेष कटऑफ आवृत्ति चुनी गई थी।
  5. एक मडविक फिल्टर35का उपयोग कर सेंसर के अभिविन्यास की गणना करके वैश्विक पृथ्वी फ्रेम के संबंध में सेंसर अभिविन्यास प्राप्त करें।
    नोट: वैश्विक पृथ्वी फ्रेम के संबंध में सेंसर अभिविन्यास की गणना कैसे की जाती है, इसका व्यापक वर्णन मडविक एट अल35में वर्णित है।
  6. सेंसर समन्वय फ्रेम को बॉडी सेगमेंट में संरेखित करें।
    1. जब विषय अंशांकन (चरण 3.1) के दौरान अभी भी खड़ा था तो डेटा फ़ाइल के इंडेक्स नंबरों का चयन करें।
      नोट: यह माना जाता है कि सेंसर की देशांतर धुरी गुरुत्वाकर्षण वेक्टर के समान है।
    2. स्थिर अंशांकन के दौरान वैश्विक संदर्भ फ्रेम के संबंध में प्रत्येक सेंसर के औसत अभिविन्यास की गणना करने के लिए चरण 5.6.1 के सूचकांक संख्या का उपयोग करें। फिर प्रत्येक सेंसर के सेंसर फ्रेम को घुमाएं, ताकि यह स्थिर अंशांकन के दौरान वैश्विक संदर्भ फ्रेम के साथ संरेखित हो।
    3. जब बाएं पैर का अंशांकन आंदोलन (चरण 3.2) किया गया था तो डेटा फ़ाइल के इंडेक्स नंबरों का चयन करें।
    4. बाएं पैर के सेंसर के अभिविन्यास को इस तरह से घुमाएं कि अंशांकन आंदोलन केवल ललाट धुरी के बारे में एक रोटेशन है।
    5. दाहिने पैर और ट्रंक के अंशांकन आंदोलनों के लिए चरण 5.6.3 और 5.6.4 दोहराएं।
  7. प्रत्येक संयुक्त के लिए समीपस्थ खंड के समन्वय फ्रेम में डिस्टल बॉडी सेगमेंट के अभिविन्यास को व्यक्त करके संयुक्त झुकाव प्राप्त करें।
  8. प्राप्त संयुक्त झुकाव को 'XZY' यूलर कोणों में विघटित करके संयुक्त कोण प्राप्त करें।
    नोट: प्राप्त संयुक्त झुकाव को 'XZY' यूलर कोणों में विघटित करने का वर्णन डिबेल36के काम में किया गया है।
  9. अपने संबंधित समीपस्थ खंड के समन्वय फ्रेम में प्रत्येक डिस्टल सेगमेंट के जायरोस्कोप संकेतों को व्यक्त करते हुए संयुक्त कोणीय वेग प्राप्त करें जो समीपस्थ खंड के कोणीय वेग को घटा देते हैं।
  10. एक स्टेप डिटेक्शन एल्गोरिदम का उपयोग करके रैखिक स्प्रिंट के दौरान प्रत्येक चरण की पहचान करें।
    1. मैटलैब में फ़िल्टर किए गए जायरोस्कोप डेटा का आयात करें।
    2. जायरोस्कोप सिग्नल में चोटियों की पहचान करने के लिए एक चोटी का पता लगाने समारोह का उपयोग करें।
      नोट: पीक ऊंचाई 286.5 डिग्री-1 पर सेट किया गया था और न्यूनतम पीक दूरी 100 नमूनों (= 0.2 एस) पर निर्धारित की गई थी।
  11. प्रत्येक चरण के लिए, हिप कोण, घुटने के कोण, कूल्हे कोण वेग, और घुटने कोणीय वेग के लिए अधिकतम मूल्य की गणना करें।
  12. प्रत्येक चरण के लिए, हिप कोण, घुटने के कोण, कूल्हे कोण वेग, और घुटने कोणीय वेग के लिए न्यूनतम मूल्य की गणना करें।
  13. प्रत्येक चरण के लिए, अधिकतम हिप कोण से न्यूनतम हिप कोण को घटाकर गति की हिप रेंज की गणना करें।
  14. प्रत्येक चरण के लिए, अधिकतम घुटने के कोण से न्यूनतम घुटने के कोण को घटाकर गति की घुटने की सीमा की गणना करें।
  15. आगे के विश्लेषण के लिए इसका उपयोग करने के लिए कंप्यूटर पर एक विशिष्ट फ़ोल्डर के लिए प्रसंस्कृत डेटा को सहेजें।

6. डेटा विश्लेषण

  1. मैटलैब में प्रोसेस्ड आईएमयू डेटा आयात करें।
  2. स्टेप डिटेक्शन एल्गोरिदम द्वारा पहचाने गए चरणों के आधार पर स्प्रिंट को त्वरण, एक शीर्ष गति और मंदी चरण में विभाजित करें।
    नोट: इस लेख में स्प्रिंट चरणों मनमाने ढंग से चुना गया । त्वरण चरण को चरण 3 से 837के रूप में परिभाषित किया गया है, जबकि मंदी चरण को स्प्रिंट के अंतिम आठ चरणों के रूप में परिभाषित किया गया है। शीर्ष गति डेटा इन चरणों के बीच किए गए चरणों से प्राप्त किया गया था।
  3. डेटा विश्लेषण के लिए कोणीय वेग डेटा का चयन करें।
  4. 30 मीटर रैखिक स्प्रिंट परीक्षण के प्रत्येक चरण के दौरान सभी चरणों के काइनेटिक चर के मतलब मूल्यों और मानक विचलन की गणना करें।
  5. कोण डेटा के लिए चरण 6.3 और 6.4 दोहराएं।

Representative Results

पांच विषय (सभी पुरुष; सभी फुटबॉल खिलाड़ी; आयु २२.५ ± २.१ वर्ष; बॉडी मास ७७.० ± ३.८ किलो; ऊंचाई १८४.३ ± ५.२ सेमी; प्रशिक्षण अनुभव १५.३ ± ४.८ वर्ष) ने अधिकतम 30 मीटर रैकर स्प्रिंट का प्रदर्शन किया । हिप कोण त्वरण के दौरान 100.5 डिग्री (± 8 डिग्री) अधिकतम आनन-फानन और 183.1 डिग्री (± 8 डिग्री) अधिकतम विस्तार के बीच थे, 104.1 ° (± 8 डिग्री) अधिकतम फ्लेक्सन और 195 ° (± 8 डिग्री) शीर्ष गति के दौरान अधिकतम विस्तार, और 128.4 डिग्री (± 11 डिग्री) अधिकतम फ्लेक्सन और 171.9 ° (± 23 डिग्री) गिरावट के दौरान न्यूनतम फ्लेक्सन। त्वरण के दौरान हिप कोणीय वेग 744.9 डिग्री-1 (±154 डिग्री-1)और -578 डिग्री-1 (± 99 डिग्री-1)के बीच था, 802.6 डिग्री-1 (± 192 °·s-1) और -674.9 °·s-1 (± 130 डिग्री-1)शीर्ष गति के दौरान, और गिरावट के दौरान 447.7 डिग्री-1 (± 255डिग्री-1) और -430.3 डिग्री-1 (± 189डिग्री-1)।

इसके अलावा, घुटने के कोण त्वरण के दौरान 73.5 डिग्री (± 12 डिग्री) अधिकतम आनन-फानन और 162.6 डिग्री (± 7 डिग्री) न्यूनतम फ्लेक्सन के बीच थे, 62.8 डिग्री (± 12 डिग्री) अधिकतम फ्लेक्सन और 164.8 डिग्री (± 6 डिग्री) शीर्ष गति के दौरान न्यूनतम फ्लेक्सन, और 81.1 डिग्री (± 16 डिग्री) अधिकतम फ्लेक्सन और 168.6 डिग्री (± 12 डिग्री) गिरावट के दौरान न्यूनतम फ्लेक्सन। घुटने कोणीय वेग 935.8 डिग्री-1 (± 186 डिग्री-1)और -1137.8 डिग्री-1 (± 214 डिग्री-1)के बीच भिन्न था, शीर्ष गति के दौरान 1155.9 डिग्री-1 (± 200 डिग्री-1) और-1208.2 डिग्री -1 (± 264डिग्री-1)के बीच, और 1000.1 डिग्री-1 (± 282 डिग्री-1) और -1004.3 डिग्री-1 (± 324डिग्री-1)। चित्रा 3 रैखिक 30 मीटर स्प्रिंट परीक्षण के एक परीक्षण के निरंतर काइनेटिक डेटा को दिखाता है, जबकि चित्रा 4 और चित्रा 5 त्वरण, शीर्ष गति और एक परीक्षण की मंदी के दौरान एक प्रगति चक्र के काइनेटिक डेटा को दर्शाता है।

Figure 1
चित्रा 1: सेंसर प्लेसमेंट का प्रतिनिधित्व। (A)दाईं और बाईं टांग पर सेंसर प्लेसमेंट । (ख)श्रोणि पर सेंसर प्लेसमेंट, और दाईं और बाईं जांघ । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: कूल्हे और घुटने के संयुक्त कोण और कोणीय वेग के लिए परिभाषाएं। (ए)सगितल विमान में तटस्थ स्थिति का प्रतिनिधित्व। तटस्थ स्थिति में संयुक्त कोण 180 डिग्री हैं। (ख)हिप ज्वाइंट (θ कूल्हे), घुटने के जोड़ (θ घुटने) और गति की सीमा (रोम) का प्रतिनिधित्व । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्र 3: तेज, शीर्ष गति और गिरावट चरण के दौरान एक परीक्षण के स्प्रिंट काइनेमेटिक्स का दृश्य। एक एस्टरिक्स इंगित करता है कि जब एक कदम का पता चला है। (A)समय के साथ लेफ्ट और राइट हिप फ्लेक्सन और एक्सटेंशन एंगल। (ख)समय के साथ बाएं और दाएं कूल्हे के कोणीय वेग । (ग)समय के साथ बाएं और दाएं घुटने के कोण । (घ)समय के साथ बाएं और दाएं घुटने कोणीय वेग । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: ध्रुवीय साजिश जिसमें एक कदम के कूल्हे संयुक्त कोण (°) और कोणीय वेग (फ्लेक्सन/एक्सटेंशन) त्वरण, शीर्ष गति और मंदी के दौरान सचित्र हैं । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्र 5: ध्रुवीय साजिश जिसमें घुटने के जोड़ कोण (°) और कोणीय वेग (फ्लेक्सन/एक्सटेंशन) एक कदम के त्वरण, शीर्ष गति और मंदी के दौरान सचित्र हैं । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Discussion

टीम के खेल में एथलीटों की निगरानी के लिए वर्तमान तरीके कम चरम गति kinematics रजिस्टर नहीं है, जो चोट जोखिम कारकों की पहचान करने के लिए एक उपयोगी उपाय हो सकता है । दौड़ लगाने के दौरान कम चरम गति वाले काइनेमेटिक्स का विश्लेषण करने के लिए सोने का मानक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक माप प्रणाली29,31,32है । हालांकि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक माप प्रणाली एक सोने के मानक के रूप में काम करते हैं, इन प्रणालियों उनके प्रतिबंधित माप क्षेत्र के कारण पारिस्थितिक वैधता की कमी है । इस लेख में प्रस्तुत सेंसर सेटअप वर्तमान माप प्रणालियों की सीमाओं पर काबू पा रहा है, और अपेक्षाकृत सस्ता है। क्षेत्र में कम चरम विस्तार kinematics रजिस्टर करने की संभावना, सेंसर सेटअप द्वारा मापा, एथलीट निगरानी अभ्यास में सुधार हो सकता है ।

स्प्रिंट काइनेमेटिक्स29,31, 37,38,39की जांच करने वाले पिछले अध्ययनों ने210 डिग्री विस्तार से लेकर 90 डिग्री फ्लेक्सन तक हिप कोणों की सूचना दी। इसके अलावा, इन अध्ययनों ने घुटने के कोणों की सूचना दी, जिसमें 160 डिग्री न्यूनतम फ्लेक्सन और 40 डिग्री अधिकतम फ्लेक्सन से लेकर है। इस अध्ययन में देखे गए मान पहले बताई गई सीमा के भीतर हैं। एक अध्ययन38 -590 ° ·s-1 से लेकर 700 °-1 और घुटने के कोणीय वेग -1,000 डिग्री सेल्सियस -1 से लेकर1,100 डिग्री सेल्सियस-1तक हिप कोणीय वेग की सूचना दी। हालांकि इस अध्ययन में देखे गए मूल्य अधिक थे, लेकिन वे समय के साथ एक समान प्रवृत्ति दिखाते हैं। इस विधि को मान्य किया गया है और इसका उपयोग क्षेत्रमेंएथलीट निगरानी के लिए किया जा सकता है ।

वर्तमान अध्ययन में कुछ सीमाएं हैं जिन्हें दूर करने की आवश्यकता है । सबसे पहले, उपयोग किए गए आईएमयू की विशेषताओं के अलावा, उपयोगकर्ताओं को इस बात की जानकारी होनी चाहिए कि आईएमयू से प्राप्त संकेत त्रुटि के कई स्रोतों से प्रभावित होते हैं जो अनुप्रयोगों की संभावित सीमा को सीमित करते हैं41। सबसे पहले, हड्डियों के आसपास नरम ऊतकों का दोलन (यानी, नरम ऊतक कलाकृतियों42)काइनेमेटिक्स के पंजीकरण को प्रभावित कर सकता है। इस वजह से प्रोटोकॉल में बताए गए स्टेप्स के मुताबिक आईएमयू को सब्जेक्ट के बॉडी से सावधानी से अटैच करना जरूरी है। हालांकि आवश्यक कदम उठाए गए थे, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि वर्तमान अध्ययन में गलत सेंसर आंदोलन को रोकने के लिए अतिरिक्त लोचदार पट्टियां शामिल नहीं थीं। यह परिणामों में सुधार हो सकता है और इस अध्ययन की एक सीमा के रूप में देखा जा सकता है । दूसरा, अन्य उपकरणों (मुख्य रूप से इमारतों के अंदर) से फेरोमैग्नेटिक गड़बड़ी आईएमयू के मैग्नेटोमीटर के मापा चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर की भयावहता या दिशा को बदल देता है, इस प्रकार अनुमानित अभिविन्यास43में त्रुटियां पैदा करता है। इसलिए, फेरोमैग्नेटिक अशांति के स्रोतों को यथासंभव बचा जाना चाहिए। इसके अलावा, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सेंसर सेटअप स्लाइडिंग टैकल पर लागू नहीं होता है क्योंकि सेंसर जमीन की सतह से संपर्क करने के परिणामस्वरूप त्वचा से अलग हो जाएगा। इस प्रकार, प्रतिभागियों को छोटे तरफा खेलों के दौरान स्लाइडिंग टैकल नहीं करने का निर्देश दिया जाना चाहिए। इस समस्या के लिए एक संभावित समाधान स्मार्ट वस्त्रों(यानी, एक स्मार्ट सेंसर चड्डी) में सेंसर सेटअप को एकीकृत करने के लिए हो सकता है।

सेंसर सेटअप द्वारा प्राप्त काइनेटिक चर क्षेत्र में एथलीटों की निगरानी के लिए एक सेगमेंटल मॉडल में इस्तेमाल किया जा सकता है । पिछले शोध में एक फुटबॉल मैच सिमुलेशन 44 के प्रत्येक आधे के बाद अधिकतम संयुक्त हिप फ्लेक्सन और घुटने के विस्तार कोण(यानीसैद्धांतिक हैमस्ट्रिंग लंबाई) को कम पाया गया। इसी अध्ययन में प्रत्येक छमाही के सिरों के दौरान टांग कोणीय वेग में वृद्धि देखी गई है । कम हैमस्ट्रिंग लंबाई एक वृद्धि हुई टांग वेग के साथ संयुक्त थकान के बाद अत्यधिक हैमस्ट्रिंग तनाव का एक बढ़ा जोखिम का संकेत हो सकता है । एक जड़त्वीय माप इकाई (आईएमयू) संचालित सेगमेंटल मॉडल का उपयोग करके एक क्षेत्र सेटिंग में काइनेमेटिक्स दौड़ लगाने में इस तरह के परिवर्तनों का पता लगाया जा सकता है। संयुक्त काइनेमेटिक्स में परिवर्तन के अलावा, शरीर पर पूरे कार्य करने वाली ताकतों का अनुमान भी लगाया जा सकता है। ग्राउंड रिएक्शन फोर्सेज (जीआरएफ) कुल मस्कुलोस्केलेटल सिस्टम द्वारा अनुभवी बायोमैकेनिकल लोडिंग का वर्णन करते हैं, और न्यूटन के गति के दूसरे कानून (यानी, एफ = एम · ए) का उपयोग करके अनुमान लगाया जा सकता है। वर्तमान अनुसंधान में जीआरएफ अनुमान का उपयोग स्प्रिंट प्रदर्शन 45,46को अनुकूलित करने या संभावित चोट जोखिम47,48 ,49,50का आकलन करने के लिए किया गया है । इन अध्ययनों से पता चलता है कि लोडिंग दरें, ऊर्ध्वाधर प्रभाव बल चोटियां और क्षैतिज तोड़ने वाली ताकत मस्कुलोस्केलेटल अति प्रयोग चोटों से संबंधित हैं। यद्यपि अत्यधिक गतिशील टीम-स्पोर्ट विशिष्ट आंदोलनों51, 52के दौरान जीआरएफ का सटीक अनुमान लगाना एक चुनौती है, लेकिन मैदान पर माप के दौरान इन चरों की निगरानी करने की संभावना प्रदर्शन को अनुकूलित करने या चोटों को रोकने के लिए नई जानकारी प्रदान कर सकती है।

इस पेपर में प्रस्तुत परिणाम एक रैखिक स्प्रिंट के दौरान कम चरम गति केनेमेटिक्स की निगरानी तक सीमित हैं, जो हैमस्ट्रिंग स्ट्रेन इंजरी मैकेनिज्म पर ध्यान केंद्रित करते हैं। हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि टीम स्पोर्ट्स 14 , 17 ,53,54,55में कूल्हे और कमर की चोटें भी अक्सर होती हैं । ये चोटें शायद लात मारने और दिशा बदलने की दोहराव वाली भागीदारी के कारण होती हैं । इस प्रकार, भविष्य के अनुसंधान न केवल हैमस्ट्रिंग तनाव चोट तंत्र के साथ संबंधों में दौड़ लगाते पर अपना ध्यान केंद्रित करना चाहिए, लेकिन यह भी दिशा कार्यों के परिवर्तन के बारे में ज्ञान के विस्तार पर ध्यान केंद्रित५६ और कूल्हे और कमर चोटों के साथ संबंध में५७,५८,५९ लात मार ।

समाप्त करने के लिए, इस सेंसर सेटअप को स्मार्ट परिधानों में एकीकृत किया जा सकता है। स्मार्ट वस्त्र टीम खेल विशिष्ट कार्यों के दौरान क्षेत्र में कम चरम गति kinematics रजिस्टर करने में सक्षम हो सकते हैं, जो भविष्य में निगरानी एथलीटों में सुधार कर सकता है । यह एक दैनिक खेल सेटिंग में पेशेवरों को अपने प्रशिक्षण कार्यक्रमों का मूल्यांकन करने और उन्हें अनुकूलित करने में मदद कर सकता है, जिसका लक्ष्य चोट जोखिम को कम करना है।

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखकों को शुक्र है डच राष्ट्रीय अनुसंधान संगठन (NWO) द्वारा प्रदान की धन स्रोतों को स्वीकार करना चाहते हैं । इसके अलावा, लेखकों को शुक्र है डच रॉयल फुटबॉल एसोसिएशन (KNVB) अपने अनुसंधान सुविधाओं के लिए उपयोग देकर अनुसंधान कार्यक्रम की सुविधा के लिए स्वीकार करना चाहते हैं । अंत में, लेखकों को शुक्र है अनुसंधान कार्यक्रम में उनके योगदान के लिए Thijs Wiggers स्वीकार करना चाहते हैं ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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व्यवहार अंक 159 जड़त्वीय माप इकाइयों एथलीटों फुटबॉल हॉकी कम चरम kinematics चोट की रोकथाम प्रदर्शन वृद्धि स्मार्ट वस्त्र चल रहा है
मैदान पर टीम स्पोर्ट एथलीटों में हिप और घुटने के संयुक्त Kinematics का अनुमान लगाने के लिए एक जड़त्वीय माप इकाई आधारित विधि
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Bastiaansen, B. J. C., Wilmes, E.,… More

Bastiaansen, B. J. C., Wilmes, E., Brink, M. S., de Ruiter, C. J., Savelsbergh, G. J. P., Steijlen, A., Jansen, K. M. B., van der Helm, F. C. T., Goedhart, E. A., van der Laan, D., Vegter, R. J. K., Lemmink, K. A. P. M. An Inertial Measurement Unit Based Method to Estimate Hip and Knee Joint Kinematics in Team Sport Athletes on the Field. J. Vis. Exp. (159), e60857, doi:10.3791/60857 (2020).

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