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阿图尔Struzik杰西泽瓦茨基、Andrzej Rokita Bogdan Pietraszewski, ”应用Accelerometric系统刚度的确定在一个跳跃的任务”,应用仿生学和生物力学, 卷。2020年, 文章的ID3826503, 9 页面, 2020年。 https://doi.org/10.1155/2020/3826503
应用Accelerometric系统刚度的确定在一个跳跃的任务
文摘
目前,有几种计算方法为刚度在跳跃的任务,但他们不一定产生同样的价值观。因此,至关重要的是,简单的使用的设备不影响测量的有效性。本研究的目的是比较跳跃时的刚度值的任务记录在实验室环境和那些获得使用Myotest加速度计。测量进行的一组30未经训练的女学生(年龄: 年,身体高度: ,和体重: )。根据手册Myotest accelerometric系统,每个参与者进行三组5跳。垂直刚度确定了两种测量方法的基础上,使用Myotest加速度计和另一个力使用基斯特勒公司盘子。平均值(±SD)的垂直刚度 在反向运动阶段 在起飞阶段。此外,使用Myotest刚度决定的 。然而,重要的垂直刚度之间的关系在反向运动阶段和Myotest刚度( )和之间的垂直刚度在起飞阶段和Myotest刚度( )被发现。垂直刚度之间的关系(反向运动和起飞阶段)和刚度估计使用Myotest让我们得出这样的结论:尽管大大高估了刚度值,仍然可以用于Myotest加速度计测定刚度的趋势,例如,下面的培训。高估了刚度值可以结果的准确测定地面接触时间和飞行时间Myotest加速度计和使用的一个方程,假定质心的运动有一个谐波概要文件。
1。介绍
生物力学变量的评估和监控已经成为一个重要的元素的定量分析运动性能。体育教练将获得有价值的信息进行测量条件下尽可能在比赛期间。因此,他们往往是孤立的实验室条件下执行的分析持怀疑态度。然而,最近的技术创新相关的可穿戴传感器的小型化,不影响运动员的技术动作在体育活动期间允许进行运动分析。工具的一个例子,它允许测量加速度的运动和训练条件下是Myotest性能测量系统(Myotest SA、锡安、瑞士)。
的Myotest accelerometric系统是一个无线手持设备重量仅几盎司(59 g)和连接到一个特别设计的皮带在骨盆水平。这个三维加速度计允许变量的估计如跳跃高度,时间的接触,反应性,和刚度在一个跳跃的任务。时间的联系是指当脚(至少一个)在与地面接触之间的飞行阶段。反应应该被理解为活性强度指数(RSI),即的比例,如跳高度接触时间(1]。Myotest指南中我们也可以发现,“肌肉僵硬,这是通常被称为刚度,是一个有趣的指标使您找到理想的肌肉张力跳跃在运行事件或团队运动吗,例如”。然而,问题“刚度”估计的Myotest似乎比这更复杂的定义。
刚度是一个定量测量身体的弹性性质,表示为一个比例变形力的变形长度(最常见的纵向变形的关系)2]。因此,刚度表示电阻的测量应变和被描述为一个重要的因素在人类运动的优化3- - - - - -5]。Dalleau et al。6)认为,刚度也与单一的最大性能和循环运动。跳跃时,人体(质心的运动)就像一个弹跳球。因此,术语“跳跃步态”用于描述人体跳跃任务期间下肢执行的功能”弹簧“负责的质心(COM)运动(4,5,7]。因此,人体跳跃可以建模通过使用一个简单的弹簧-质量模型,其中包含一个(线性和质量)”腿的春天”,一个点表示总身体质量(3]。腿刚度(定义为地面反作用力的变化比各自的变化”弹簧长度“代表下肢)和垂直刚度(定义为地面反作用力的变化比相应的垂直位移的COM)通常用于描述”的机械性能春天“代表下肢在一个跳跃任务(8]。
Myotest指南并没有给出一个明确的答案,以上类型的刚度(腿或垂直)提供的价值Myotest accelerometric系统跳跃测试。一些作者的刚度值估计Myotest等同于腿刚度(9- - - - - -12]。然而,加速度计是无法测量的变化”弹簧长度”。此外,估计刚度使用加速度计也不提供见解各个关节的僵硬的比率。因此,它应该假定刚度值估计的Myotest垂直刚度。的Myotest accelerometric系统被认为是一个可靠的估计和有效的工具(尽管显著高估)跳的高度基于飞行时间法(13- - - - - -17]。然而,似乎刚度决定使用一个加速度计的问题目前没有很好地调查。据我们所知,只有少数研究[9,10)提高了刚度Myotest估计的问题。
运动训练过程的控制,需要量化运动和载荷的影响。因此,使用便携式测量仪器是测量之间的妥协在实验室条件下和那些在训练条件下。然而,目前有几个(垂直)刚度计算方法,但它们不一定产生相同的值(8,18- - - - - -20.]。因此,至关重要的是,简单的使用的设备不影响测量的有效性。本研究的目的是比较跳跃时的刚度值的任务记录在实验室环境和那些获得使用Myotest加速度计。
2。材料和方法
测量在一群30日进行未经训练的大学体育学院的女学生。他们没有竞争水平运动训练的人(在实验前应至少5年)和无损伤肌肉骨骼系统(运动)。研究小组由以下特征均值参数(±SD):身体高度: ,体重: ,和年龄: 年。的测试进行了生物力学分析实验室(与PN-EN ISO 9001: 2009认证)。每个主题在同一时期内完成所有试验测试天(早上)消除任何生理变化的影响。受试者没有体育活动前24小时测试,以避免任何干扰实验。在测量之前,参与者熟悉研究的目的,并书面同意参与实验。在测试前,受试者被告知他们应该执行行为的动机,正确执行任务。研究项目是参议院批准的研究生物伦理委员会和程序符合赫尔辛基宣言关于人体实验。我们跟着Struzik和Pietraszewski[的方法21]。
每个参与者进行三组5跳(跳测试)。测量过程是按照Myotest进行性能测量系统:快速入门指南(jump-plyometry测试)。试验同时记录下Myotest accelerometric系统(Myotest SA,锡安,瑞士)和由两个板块(集团9286 a,基斯特勒公司,温特图尔,瑞士)。信号的采样频率的力板和accelerometric系统设定在500赫兹。采样频率是最大的两个系统的共同价值。使用武力的盘子通常被认为是黄金标准(13,15]。
10-minute-long热身前测量,其中包括慢跑(航天飞机运行超过10米的距离,以中等速度,每分钟10节),一系列的啤酒花,和熟悉测试任务,管理。每个参与者熟悉后开始进行一系列试验测试。试验系列后,开始适当的研究过程。接下来,参与者被要求执行一系列双边啤酒花(3组)5站位置的最大高度(以一个弹跳动作执行前的脚),用最少的时间与地面接触。整个跳跃的一部分测试发生在一个刚性表面(板)。由导游表示,参与者戴着带Myotest垂直加速度计连接身体的左侧骨盆水平(系在了股骨大转子和媒介臀部的一部分)。每次试验前,受试者被要求站在盘子的力(每个脚放在一个单独的板块),假设一个垂直的姿势,双手叉腰,直视静止(图1)。跳跃测试指示如下(根据Myotest指南):“从加速度计在短的哔哔声,执行一个反向运动跳,然后反弹尽可能高的5倍和地面接触时间尽可能短,同时保持你的手在你的腰部(跳下来的底脚的最小弯曲膝盖,像一个蹦床)。“5跳之后,参与者在一个垂直站立的姿势,和双beep加速度计信号的测试。在实验中,参与者被要求休息她的手掌在她的臀部排除手臂摇摆跳跃性能的影响。航班降落进行相同的盘子。根据Myotest指南,一分钟休息之间发生重复测试。跳跃任务执行中的错误暗示有很深加速度计的哔哔声。的Myotest accelerometric系统前两错误容忍自动停止测试。生成一个错误消息如果没有观察到以下几点(根据Myotest指南):“(1)执行动作显然积极,以便Myotest可以检测到它们,(2)仍然站在开始哔哔声,(3)地面必须短接触时间和明显低于飞行时间,和(4)执行总共5反弹”。在跳跃的性能测试中,参与者应该起飞在膝盖和脚踝扩展和土地同样扩展位置。测试是重复如果下肢弯曲的膝盖和/或髋关节在飞行阶段(错误地跳跃执行的任务)。
进一步分析关注最高的尝试意味着每个参与者获得的跳的高度。跳跃的任务,分析了5跳而不考虑反向运动开始跳。所有给出变量的值是平均五个啤酒花获得分析结果类似于那些从Myotest获得。跳跃测试是使用一些简化,导致弹簧质点模型进行的使用,体现了跑步和跳跃。人体模型假定由质点代表身体的总质量;表示两下肢无质量的“春天”,执行支持功能;和一个平行的力量来源造成的积极作用的肌肉参与起飞(3]。基于垂直地面反作用力( )记录下的力板(地面反作用力注册力板都加起来),可以确定飞行时间( )和地面接触时间( )在跳跃的任务。瞬时的变化模式的高度COM ( )双积分计算的COM垂直加速度,计算从垂直地面反作用力4]。垂直的(准)刚度( )人体在跳跃的任务就是确定地面反作用力的变化的比率( )相应的变化在COM的高度( )分别为反向运动和起飞阶段,类似于Struzik描述的方法和泽瓦茨基22]。能可靠地估计垂直刚度,有必要确定的关系如图2。斜率系数曲线的一部分等于刚度的数值范围。反向运动的垂直刚度计算的部分和起飞阶段的斜率曲线的轴相对稳定,概要文件几乎是线性的。反向运动阶段(绿色标记图2),这个范围内的时刻之间的部分落在盘子和COM的最低位置( )。起飞阶段的边界部分(蓝色标记图2)是由当地的最大地面的反作用力(点地面的反作用力仅下降),从板块(起飞的那一刻22]。这个观察适用只有确定系数的值表达的质量调整的趋势线的相关部分曲线是足够高(超过0.6)[23]。如果点和发生在完全相同的时间,然后整个曲线进行了分析。如果不是,那么的一部分曲线之间的和点(标记为黑色,如图2省略)维持的最大可能的线性反向运动的研究部分和起飞阶段。这是可能的曲线相交(7),例如,在上部,如图所示Choukou et al。9),导致的点出现之前点。然后,这个概要文件的曲线应考虑单独,反向运动的分析部分的边界和起飞阶段应该修改。例如,分析了反向运动阶段的部分将在点结束 ,和分析了起飞阶段的一部分将在点开始 。
Myotest加速度计是用来记录以下变量在跳跃测试:跳高度( ),地面接触时间( ),和刚度( )。Myotest指导,制造商没有解释如何估计单个变量的值。然而,根据加速度计功能,可以猜测,跳跃高度的值( )和地面接触时间( )确定基于飞行和地面接触阶段的持续时间(9]。基于跳的高度( )由Myotest记录加速度计,飞行时间( )可以使用以下公式确定: 在哪里是重力加速度24]。此外,(垂直准)刚度( )可以用方程所描述的评价Dalleau et al。6),假设曲线反映地面反作用力与时间是正弦波的一部分: 在哪里是垂直刚度,身体质量,是飞行时间,是地面接触的时间。因此,它可能被接受,刚度值估计的Myotest是垂直的(准)刚度。
样本容量的确定基于功率分析。为 ,应用统计检验(的力量 )接近或等于1。Shapiro-Wilk ( )和Lilliefors测试被用来检查单个变量的分布。所有的研究变量分布接近正常。因此,参数测试被用于进一步的分析。皮尔森的相关系数是用来评估的同时效度Myotest accelerometric板系统和力量。相关系数值的意义了 - - - - - -测试。展示可能的变量的值之间的差异来自不同的测量设备,学生的 - - - - - -差异的显著性检验为因变量。在所有的测试执行,是水平的意义 。统计计算是通过Statistica 13.3软件包(TIBCO软件公司,帕洛阿尔托,CA)。此外,剩余的计算结果都是使用Microsoft Excel 2016电子表格(微软公司,微软,佤邦)。此外,通过霍普金斯(同时效度进行了分析25)表格量化实用(Myotest)和标准之间的关系(板)的措施。有效的电子表格是基于简单线性回归获得一个校准方程,一个典型的错误的估计,和皮尔森相关系数。标准是因变量,实际预测连续成对的方式。的典型误差估计是标准化(见)除以SD的标准。看到的是评估使用修改后的科恩规模阈值的一半:< 0.1,琐碎的;0.1 - -0.3,小;0.3 - -0.6,温和;0.6 - -1.0,大;1.0 - -2.0,非常大;> 2.0,非常大。表示为90%置信区间估计的不确定性。 To complement the correlation analysis, Bland-Altman plots were used to visualize the mean of the difference (bias) and the limits of agreement (95% confidence intervals).
3所示。结果
平均值(±SD)的垂直刚度 在反向运动阶段 在起飞阶段跳跃测试。此外,刚度决定使用Myotest accelerometric系统 。因此,刚度值决定使用Myotest均明显高于中决定使用武力板刚度值反向运动( )和起飞阶段( )。然而,重要的垂直刚度之间的关系在反向运动阶段和Myotest刚度( , ,图3)和垂直刚度在起飞阶段和Myotest刚度( , ,图4)被发现。垂直刚度之间的显著差异值在反向运动阶段和起飞阶段( , )也被发现。
Bland-Altman情节提出了数字5和6。对于任何测量系统是有效的,大部分的配对差异应该躺在95%范围内的协议,而他们的意思可以帮助确定是否系统低估或高估了测量相对于标准(偏见)。结果表明,Myotest accelerometric高估了测量系统的刚度在跳跃测试。在数据5和628岁的30分析测量范围内的协议。然而,重要的配对差异,意味着被发现之间的关系,表明偏差不是恒定的整个范围。因此,随着Myotest刚度值的增加,垂直刚度在反向运动估计误差( )和起飞阶段( )也增加了。
表1包含平均值(±SD)的地面接触时间和飞行时间获得Myotest accelerometric板系统和力量。地面接触时间估计的Myotest明显短于板测量获得的力量。反过来,飞行时间估计的Myotest显著长于板测量获得的力量。
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代表不同的值次获得与Myotest accelerometric板系统和力量。统计学意义的
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此外,使用力板刚度的值确定时间测量(和 )和描述的方程Dalleau et al。6)是 。 明显低于垂直刚度的反向运动阶段( , )和Myotest刚度( )和处于相似水平垂直刚度在起飞阶段。
4所示。讨论
尽管流行的运动能力测试可以执行一个简单的方式和在任何情况下(例如,萨金特垂直跳测试),现代测量设备提供更准确的信息关于一个特定的能力或变量。技术的发展也使得更加客观和准确的评价。它也变得比以前更容易收集更多的数据可以使用传统的方法和工具。因此,它是至关重要的,教练应该利用可用的方法应用在运动训练科学输出。利用这些方法可能会为他们提供反馈一个运动员的当前技术水平和效率的特殊实践刺激使用和将帮助他们计划未来的培训项目。现代测量工具也提供可能的违规行为在一个运动员的身体检测可能会导致受伤。
可靠性可以被定义为测量的一致性(两次试验法的)13]。Choukou et al。9和鲁杰罗et al。10)表示,刚度值估计使用Myotest加速度计显示高水平的可靠性。另一方面,效度是指测量工具的能力,以反映它的目的是测量(13]。然而,使用Myotest刚度测量的有效性问题是更为复杂和没有完全解释道。实验室和现场试验都必须是有效的和可靠的为了正确使用信息在他们的基础上获得的。因此,实验室测量系统(26- - - - - -28),便携式测量工具(29日- - - - - -31日)、计算方法和测量运动(8,20.,24,32- - - - - -34)验证。为实地跳评价其他设备相比,Myotest的优点是小而轻便,容易处理,相对便宜,能够提供即时的结果,和可用的特定的表面(例如,在沙滩上),它允许测量在任何情况下,没有限制测量空间(13,14]。然而,它不能用在比赛或竞争35]。
刚度确定使用Myotest accelerometric系统跳跃测试明显高于垂直刚度决定使用反向运动的力板测量和起飞阶段。因此,Myotest高估了刚度的测量,在其他的研究9,10]。Choukou et al。9]指出更高的刚度值估计的Myotest(通过7.8 kN / m)在跳跃测试比垂直刚度值决定使用一个力板。提出的刚度估算方法在跳跃Dalleau et al。6)假设曲线描述的依赖地面反作用力准时是一个正弦波的一部分,因此,COM谐波运动。然而,这种方法只是上半年振荡,由于它并不严格满足简谐运动的假设。描述(方程)是适合稳定的振荡。值得注意的是,该方法由Dalleau et al。6)导致垂直刚度的值可以大大高估了,特别是在跳变频率相对较低。基于给定的测试指令和跳跃和值,可以得出结论,跳跃频率选择的参与者在这个研究很低。
另一方面,Hobara et al。20.)报道,刚度估算方法提出的Dalleau et al。6]大大低估了垂直刚度值在跳跃相比获得其他计算方法。然而,Hobara et al。20.)把所有力量板不使用加速度计测量。在这项研究中,使用力板刚度确定测量的值(和 )和描述的方程Dalleau et al。6)也明显低于垂直刚度值反向运动阶段和Myotest刚度值,并在一个类似的水平垂直刚度值在起飞阶段。Myotest高估了刚度值的加速度计在跳跃测试可以因此结果不准确的测定地面接触时间和飞行时间。这两个变量是主要负责刚度值估计使用的方程Dalleau et al。6]。在这项研究中,地面接触时间估计的Myotest明显短于板测量获得的力量。反过来,飞行时间估计的Myotest显著长于板测量获得的力量。提到的趋势差异与其他作者提出的(9,13]。Choukou et al。9)表示,测量地面接触时间的跳跃测试nonvalid Myotest。最准确的设备记录垂直跳跃飞行时间和地面接触时间力板,允许精确识别起飞的瞬间(在这点上,脚与地面失去联系和垂直地面反作用力的价值下降到零)和即时的着陆(英尺土地一样起飞)。假设在COM高度起飞相对一样,在降落(24]。Myotest估计飞行时间使用积极的时差(在起飞阶段)和消极的(在着陆阶段)峰的垂直速度。然而,最大达到积极的垂直速度起飞的瞬间,前不久和最大负垂直速度达到即时的着陆后不久。因此,Myotest飞行时间记录的加速度计是高估了,和地面接触时间是低估了9,13,24]。地面接触时间和飞行时间值表1确认上述假设,这可以极大地扭曲刚度值估计的Myotest在跳跃。
显著的垂直刚度之间的关系反向运动阶段和Myotest刚度获得在跳跃。这种关系非常高,但也有一个大的。显著的垂直刚度之间的关系在起飞阶段和Myotest刚度也发现。这种关系是非常高的,有一个适度的看。当看到大,预测值分布广泛的上方和下方回归线(数据3和4)。然而,基于Bland-Altman情节(数字5和6),大多数的配对差异在95%范围内的协议。因此,可以得出结论,Myotest accelerometric系统是有效的但是高估了垂直刚度值在跳跃。此外,观察到更大的高估与标准的值。因此,Myotest刚度不是可互换的价值获得其他测量设备和方法。的Myotest accelerometric系统确定一个近似值,能提供的信息只有在跳跃测试垂直刚度的变化。
垂直刚度的确定在跳跃任务需要几个假设,有时似乎已经被省略,而测量的有效性需要验证这些假设。最简单的例子是当发生完全的同时 。没有这种同步,这将是必要的,以确定哪些这些事件发生的第一次,因此,修改方程复制的概要文件曲线尽可能准确。地面反作用力的增加对COM应该线性或接近线性位移在整个持续时间与地面接触的阶段。如果发生的时刻划分成两半(谐波运动),理论上这将意味着相同的垂直刚度值在反向运动和起飞阶段。满足以上条件证明使用一个值作为垂直刚度的计算为一个特定的运动,而忽视了起飞阶段(36]。费里斯和法利4)强调,在跳跃,和不一定发生在同一时间。假设一个跳跃频率低于2赫兹,下肢停止行为线性弹簧,从而扭曲了配置文件(7,37]。在这部作品中,反向运动阶段的垂直刚度值明显高于那些在起飞阶段。因此,为了充分理解现象发生在人类的运动,似乎有必要确定的两个阶段的垂直刚度单独运动。假设垂直刚度在反向运动阶段的价值总是一样在起飞阶段可能过于简化。Luhtanen和科米人38]估计垂直刚度在跑步和跳远古怪,一个部门同心阶段。此外,刚度决定基于观察运动期间应被视为quasi-stiffness,即。,the ability of the human body to resist external displacements while ignoring the temporal profile of the displacement. Vertical stiffness is not stiffness viewed in strict terms due to the substantial contribution of other factors (such as damping and inertia) that affect the关系,特别是在瞬态状态(2]。
尽管明确跳跃测试程序性能和Myotest加速度计固定,主客体之间的差异跳跃技术(跳技术由于性别的差异23,36,37,39和体育训练36,40- - - - - -42]),弹性带连接和定位在臀部,和,因此,Myotest取向可能会导致意想不到的设备位移在跳跃。因为Myotest应用垂直松紧带,加速度计可能前进一定在反向运动或起飞阶段由于树干弯曲。这个运动将会导致垂直加速度,因此,垂直速度和时间(地面接触和飞行)录音将一定数量的随机误差(13]。看来,稳定的固定在骨盆带背的部分跳的人可以提供不良的运动加速度计(不太敏感30.,43,44]。因此,Castagna et al。15)和Choukou et al。9)决定把Myotest加速度计在这样一种方式。
一定限制的这项研究可以研究群未经训练的女性。基于其他的研究(36),可以预期,绝对刚度值将为男性高于女性,为运动员比未经训练的人高。因此,根据本文中给出的关系(配对之间的差异和手段),更大的偏差值(更大的垂直刚度值过高Myotest)预计将会在团体的男性和运动员。
5。结论
垂直刚度之间的关系(反向运动和起飞阶段)和刚度估计使用Myotest accelerometric系统让我们得出这样的结论:尽管大大高估了刚度值,Myotest加速度计可以用来确定刚度的趋势。因此,该测量设备只提供一个近似刚度值,可以提供信息的变化,例如,下面的培训。因此,Myotest刚度不是可互换的价值获得其他测量设备和方法,因为系统性偏高。高估了刚度值可以结果的准确测定地面接触时间和飞行时间Myotest加速度计和使用的一个方程,假定质心的运动有一个谐波概要文件。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
信息披露
这个手稿的一部分是21届国会欧洲体育科学学院2016年在维也纳,奥地利。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
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