선수를 모니터링하는 것은 팀 스포츠의 성능 향상과 부상 위험을 줄이는 데 필수적입니다. 선수를 모니터링 하는 현재 방법은 낮은 사지를 포함 하지 않습니다. 여러 가지 관성 측정 장치를 더 낮은 사지에 부착하면 현장에서 모니터링 선수를 향상시킬 수 있습니다.
팀 스포츠의 현재 선수 모니터링 연습은 주로 글로벌 포지셔닝 또는 로컬 포지셔닝 시스템에서 측정된 위치 데이터를 기반으로 합니다. 이러한 측정 시스템의 단점은 낮은 사지 역학을 등록하지 않는다는 것입니다. 센서 기술의 급속한 개발은 현재 측정 시스템의 한계를 극복할 수 있습니다. 관성 측정 장치(ImUs)가 신체 세그먼트, 센서 융합 알고리즘 및 생체 역학 모델에 안전하게 고정되어 관절 운동학을 추정할 수 있습니다. 이 문서의 주요 목적은 현장에서 팀 스포츠 선수의 엉덩이와 무릎 관절 운동학을 추정하기위한 센서 설정을 시연하는 것입니다. 5명의 남성 과목(22.5± 2.1세, 체질량 77.0 ± 3.8kg, 신장 184.3 ± 5.2cm, 트레이닝 경험 15.3 ± 4.8세)는 최대 30미터 리니어 스프린트를 수행했습니다. 엉덩이와 무릎 관절 각도와 각 속도는 골반에 배치 다섯 ImUs에 의해 얻어졌다, 모두 허벅지와 두 생크. 엉덩이 각도는 195° (± 8 °) 확장에서 100.5 ° (± 8 °) 굴곡과 무릎 각도범위 168.6 °(± 12°) 최소 굴곡과 62.8 ° (± 12°) 최대 굴곡. 또한, 엉덩이 각 속도는 802.6°·s-1(± 192°·s-1)과 -674.9°·s-1(± 130°·s-1)사이였다. 무릎 각 속도는 1155.9 °·s-1(± 200°·s-1)과 -1208.2°·s-1(± 264°·s-1)사이였다. 센서 설정이 검증되었으며 현장에서 선수 모니터링과 관련하여 추가 정보를 제공할 수 있습니다. 이것은 매일 스포츠 환경에서 전문가가 부상을 줄이고 성능을 최적화하는 것을 목표로 교육 프로그램을 평가하는 데 도움이 될 수 있습니다.
팀 스포츠(예: 축구 및 필드 하키)는 고강도 달리기 나 전력 질주와 같은 간단한 폭발적인 행동을 번갈아 가며 걷기 또는 조깅1,2,3,4,5,6과같이 덜 까다로운 활동이 길어지는 것을 특징으로합니다. 지난 수십 년 동안 게임의 물리적 요구는 고속 및 전력 질주, 빠른 볼 속도 및 더 많은 패스7,8로더 많은 거리를 커버하여 진화했습니다.
선수는 지속적으로 유지하고 게임의 물리적 요구를 견딜 수있는 자신의 물리적 능력을 개선하기 위해 열심히 훈련. 충분한 회복과 함께 훈련 자극을 올바르게 적용하면 인체의 적응으로 이어지는 반응을 유도하여 체력과 성능9을향상시직습니다. 반대로, 훈련 자극과 회복 사이의 불균형은 장기간피로 이어질 수 있으며, 프로 및 아마추어 팀 스포츠 선수10,11,12,13모두에서 부상의 위험을 증가시키는 바람직하지 않은 훈련 반응 (mal적응)으로 이어질 수 있습니다.
높은 훈련과 경기 자극과 함께 주요 위험 중 하나는 근육 긴장 부상. 근육 긴장 부상은 팀 스포츠에서 모든 시간 손실 부상의 3 분의 1 이상을 구성하고 햄스트링이 가장 자주 관련된14,15,16,17인과 함께 총 부상 부재의 사분의 일 이상을 야기한다. 또한, 햄스트링 스트레인 부상을 입은 선수의수는 매년18, 19로증가하고 있으며, 햄스트링 스트레인부상(12,13,20,21)을방지하기 위해 여러 프로그램이 도입되었음에도 불구하고 매년 증가하고 있다. 따라서, 이것은 스포츠에서 부정적인 영향을 가지고22 그리고 금융23 관점. 따라서, 개별 선수의 적절 한 모니터링 훈련 일정을 최적화에 대 한 필수적 이다, 부상 위험을 최소화 하 고 성능을 최적화.
팀 스포츠에서 현재 선수 모니터링 연습은 주로 로컬 또는 글로벌 포지셔닝시스템(24,25)에의해 측정된 위치 데이터를 기반으로 합니다. 이러한 시스템은 거리 커버, 평균 실행 속도 또는 PlayerLoad26,27,28과같은 가속기반메트릭과같은 GPS 기반 메트릭을 통해 활동을 모니터링합니다. 이러한 조치의 단점은 낮은 사지 운동학을 포함하지 않는다는 것입니다. 광전자 측정 시스템은 선형 스프린트29,30,31,32동안 하부 사지의 운동 분석을 수행하는 금 표준역할을 한다. 이러한 시스템의 단점은 제한된 측정 영역, 시스템을 작동하기 위한 전문가의 필요성 및 시간이 많이 소요되는 데이터 분석으로 인해 생태학적 타당성이 결여되어 있다는 것입니다. 따라서, 이 방법은 매일 스포츠 연습에 적합하지 않습니다.
센서 기술의 급속한 발전은 선수를 모니터링하는 현재 방법의 한계를 극복 할 수 있습니다. 관성 측정 장치(IMU)의 최근 신뢰성, 소형화 및 데이터 저장 가능성은 센서 기술을 현장으로 적용할 수 있게 해줍니다. Imus는 가속, 각 속도 및 자기장을 측정하는 가속도계, 자이로스코프 및 자기장을 각각33,34로함유하고 있습니다. 센서는 신체 세그먼트, 센서 융합 알고리즘 및 생체 역학 모델에 단단히 고정되어 있어 조인트운동학(33)을추정할 수 있다. 다른 신체 세그먼트의 가속에 대한 정보와 함께 관절 운동학의 등록은 팀 스포츠에서 선수 모니터링을 향상시킬 수 있습니다.
IMU 센서 설정을 표준화된 필드 테스트와 결합하면 현장에서 선형 전력질주 중에 얼마나 낮은 사지 역학이 등록되는지 알 수 있으며, 이는 부상 위험 요소를 식별하는 데 유용한 척도가 될 수 있습니다. 센서 설정은 전문가가 교육 일정을 최적화하여 성능을 개선하고 부상 위험을 최소화하는 데 사용할 수 있는 현재 모니터링 측정값에 추가 정보를 제공할 수 있습니다. 따라서, 이 문서의 주요 목적은 현장에서 팀 스포츠 선수의 엉덩이와 무릎 관절 운동학을 추정하기위한 관성 센서 설정을 입증하는 것입니다.
팀 스포츠에서 선수를 모니터링하는 현재의 방법은 부상 위험 요소를 식별하는 유용한 조치가 될 수있는 낮은 사지 운동 학을 등록하지 않습니다. 전력 질주 중 낮은 사지 운동학을 분석하기위한 금 표준은 광전자 측정 시스템29,30,31,32입니다. 광전자 측정 시스템은 금 본위제 역할을 하지만, 이러한 시스템은 제한된 측정 영역으로 인해 생태학적 타당성이 부족합니다. 이 문서에 제시된 센서 설정은 현재 측정 시스템의 한계를 극복하고 상대적으로 저렴합니다. 센서 설정에 의해 측정된 현장에서 더 낮은 사지 운동학을 등록할 수 있는 가능성은 선수 모니터링 연습을 향상시킬 수 있다.
스프린트 운동학29,31,37,38,39를 조사한 이전 연구는 210° 확장에서 90° 굴곡에 이르는 엉덩이 각도를 보고했습니다. 또한, 이러한 연구는 160 ° 최소 굴곡과 40 ° 최대 굴곡에 이르기까지 무릎 각도를보고했다. 이 연구에서 관찰된 값은 이전에 보고된 범위 내에 있습니다. 한 연구38은 -590°·s-1 ~700°·s-1 및 무릎 각속도 -1,000°·s-1 ~1,100°·/s-1에 이르는 고관절 각속도를 보고했다. 이 연구에서 관찰 된 값은 더 높았지만 시간이 지남에 따라 비슷한 추세를 보여줍니다. 이 방법은 검증되었으며 필드40에서선수 모니터링에 사용할 수 있습니다.
현재 연구에는 해결해야 할 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 첫째, 사용 된 ImUs의 특성외에도 사용자는 ImUs에서 파생 된 신호가 응용 프로그램(41)의가능한 범위를 제한하는 여러 오류 소스의 영향을 받는다는 것을 알고 있어야합니다. 첫째, 뼈 주위의 연조직의 진동(즉, 연조직유물(42)은운동학의 등록에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 이유로 프로토콜에 설명된 단계에 따라 피사체의 본문에 ImUs를 신중하게 부착하는 것이 중요합니다. 필요한 조치가 수행되었지만, 현재 연구에는 잘못된 센서 움직임을 방지하기 위한 신축성 있는 스트랩이 추가되지 않았다는 점에 유의해야 합니다. 이 결과 향상 시킬 수 있습니다 하 고이 연구의 제한으로 볼 수 있습니다. 둘째, 다른 장치(주로 건물 내부)의 강자성 장애는 IMU 의 자기장 계의 측정 된 자기장 벡터의 크기 또는 방향을 변화시켜 추정 방향(43)에오류를 유발합니다. 따라서, 강자성 교란의 근원은 가능한 한 많이 피해야 한다. 또한 센서가 지면에 접촉하여 피부에서 분리되기 때문에 센서 설정이 슬라이딩 태클에 적용되지 않는다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 참가자는 작은 양면 게임 중에 슬라이딩 태클을 수행하지 말라는 지시를 받아야합니다. 이 문제에 대한 가능한 해결책은 스마트 의류 (즉,스마트 센서 스타킹)에 센서 설정을 통합하는 것입니다.
센서 설정에서 얻은 운동 변수는 현장에서 운동 선수를 모니터링하기 위해 세그먼트 모델에 사용될 수 있습니다. 이전 연구는 축구 경기 시뮬레이션의 각 절반 후 최대 결합 엉덩이 굴곡과 무릎 확장 각도 (즉, 이론적 햄스트링 길이)를 발견했다44. 같은 연구에서는, 각진 속도의 증가는 각 반의 끝 동안 관찰되었다. 증가 된 생크 속도와 결합 된 낮은 햄스트링 길이는 피로 후 과도한 햄스트링 변형의 위험이 증가 나타낼 수 있습니다. 전력질주 운동학의 이러한 변화는 관성 측정 장치(IMU) 구동 세그먼트 모델을 사용하여 필드 설정에서 검출될 수 있다. 관절 운동학의 변화 외에도 신체 전체에 작용하는 힘도 추정 할 수 있습니다. 지상 반응력(GRF)은 총 근골격계에 의해 경험되는 생체 역학 적재를 설명하고, 뉴턴의 제2 운동 법(즉, F = m ·a)을 사용하여 추정될 수 있다. 현재 의 연구는 스프린트 성능45,46을 최적화하거나 잠재적 인 부상 위험을 평가하기 위해 GRF 추정을 사용47,48,49,50. 이러한 연구는 로딩 속도 제안, 수직 충격 힘 피크와 수평 파괴 힘은 근골격계 남용 부상과 관련이 있다. 고도로 역동적인 팀 스포츠 특정 움직임51,52에서 GRF를 정확하게 추정하는 것은 어렵지만, 현장에서 측정하는 동안 이러한 변수를 모니터링 할 수있는 가능성은 성능을 최적화하거나 부상을 방지하기 위한 새로운 정보를 제공 할 수 있습니다.
이 논문에 제시된 결과는 선형 스프린트 동안 더 낮은 사지 운동학을 모니터링하는 것으로 제한되며 햄스트링 스트레인 부상 메커니즘에 중점을 둡니다. 그러나, 엉덩이와 사타구니 부상도 팀 스포츠14,17,53,54,55에서자주 발생한다는 점에 유의해야한다. 이러한 부상은 아마도 발로 차고 방향의 변화의 반복적인 참여에 의해 발생합니다. 따라서, 향후 연구는 햄스트링 스트레인 부상 메커니즘과의 관계에서 전력질주에 초점을 맞출 뿐만 아니라 방향 작업56의 변화에 대한 지식을 확대하고57,58,59를 엉덩이와 사타구니 부상과 관련하여 발로 차는 데 집중해야 합니다.
결론을 위해 이 센서 설정은 스마트 의류에 통합될 수 있습니다. 스마트 의류는 팀 스포츠 특정 작업 중에 현장에서 더 낮은 말단 운동학을 등록할 수 있으며, 이는 향후 운동 선수 모니터링을 향상시킬 수 있습니다. 이것은 매일 스포츠 환경에서 전문가가 자신의 교육 프로그램을 평가하고 그들을 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다, 부상 위험을 줄이기 위해 목표로.
The authors have nothing to disclose.
저자는 고맙게도 네덜란드 국가 연구 기관 (NWO)에 의해 제공 된 자금 출처를 인정하고 싶습니다. 또한, 저자는 고맙게도 네덜란드 왕립 축구 협회 (KNVB)가 연구 시설에 대한 액세스를 제공함으로써 연구 프로그램을 용이하게하는 것을 인정하고 싶습니다. 마지막으로, 저자는 고맙게도 연구 프로그램에 대한 그의 기여에 대한 티즈 위거스를 인정하고 싶습니다.
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 |