Metodi di analisi biomeccanica per valutare le prestazioni di affondo dei giocatori di Badminton professionali

Riepilogo

Qui, presentiamo un protocollo per valutare le differenze nei meccanismi di lesione tra giocatori professionisti e dilettanti quando si esegue un movimento di affondo massimo di badminton mediante l'analisi della cinematica degli arti inferiori.

Abstract

A condizione di simulare un tribunale di badminton in laboratorio, questo studio ha utilizzato il modello del meccanismo di lesione per analizzare i movimenti massimi di affondo destro di otto giocatori di badminton professionisti e otto giocatori dilettanti. Lo scopo di questo protocollo è quello di studiare le differenze nella cinematica e momento articolare del ginocchio destro e della caviglia. Un sistema di cattura del movimento e una piastra di forza sono stati utilizzati per catturare i dati dei movimenti articolari dell'estremità inferiore e della forza di reazione al suolo verticale (vGRF). Sedici giovani che non hanno avuto lesioni sportive negli ultimi 6 mesi hanno partecipato allo studio. I soggetti hanno eseguito un affondo destro massimo dalla posizione di partenza con il piede destro, calpestando e contattando pienamente con la piastra di forza, colpire il volano con un colpo subdolo alla posizione designata nel backcourt, e poi è tornato alla partenza / posizione finale. Tutti i soggetti indossavano le stesse scarpe di badminton per evitare una differenza di impatto da diverse scarpe di badminton. I giocatori amatoriali hanno mostrato una maggiore gamma di movimento della caviglia e momento giunto inverso sul piano frontale, e un momento di rotazione articolare interno più grande sul piano orizzontale. I giocatori professionisti di badminton hanno mostrato un maggiore momento del ginocchio sugli aerei sagittali e frontali. Pertanto, questi fattori dovrebbero essere considerati nello sviluppo del programma di allenamento per ridurre il rischio di lesioni sportive nelle articolazioni del ginocchio e della caviglia. Questo studio simula la vera corte di badminton e calibra la gamma di attività di ogni movimento dei soggetti in modo che i soggetti completino l'azione sperimentale in uno stato naturale con alta qualità. Una limitazione di questo studio è che non combina carico articolare e attività muscolare. Un'altra limitazione è che la dimensione del campione è piccola e dovrebbe essere ampliata in studi futuri. Questo metodo di ricerca può essere applicato alla ricerca biomeccanica degli arti inferiori di altri lavori a piedi nel progetto di badminton.

Introduzione

Badminton è sempre stato uno degli sport più popolari al mondo. In un gioco, la frequenza di esecuzione affondi è relativamente alta¹. È di vitale importanza padroneggiare la capacità di eseguire rapidamente un affondo e tornare alla posizione iniziale o muoversi nell'altra direzione². L'affondo non solo è cruciale per il badminton, ma è anche di grande importanza per il tennis, il ping pong e altri sport.

L'affondo anteriore è stato preso come metodo di valutazione della funzione per la carenza di legamento crociato anteriore (ACL) e la stabilità del ginocchio^3,4. Gli studi dimostrano che i giocatori di badminton hanno bisogno sia di alta forza muscolare e tecniche professionali. In generale, i giocatori amatoriali prestano più attenzione all'allenamento tecnico che all'allenamento della forza muscolare. Se un individuo di capacità di bassa resistenza prende un allenamento di bassa qualità, il tempo di allenamento diventa più lungo, portando quindi a un sovraccarico degli arti inferiori e anche ad un infortunio sportivo.

L'allenamento ad alta intensità si traduce in un grande carico sugli arti inferiori, che può essere la causa di lesioni sportive⁵. Le lesioni agli arti inferiori rappresentano il 60% del numero totale di lesioni. Per entrambi i giocatori di badminton maschile e femminile, il ginocchio e il piede sono le parti più vulnerabili^6,7,8,9. L'analisi dei dati cinetici può essere utilizzata per spiegare le lesioni agli arti inferiori dei giocatori a diversi livelli. È stato riferito che i giocatori di badminton professionisti hanno un notevole flusso intratendinoso che aumenta dopo movimenti di carico ripetitivi, soprattutto nel tendine della rotula della gamba dominante.

I rapporti mostrano che in precedenza condotto la ricerca sugli sport racchette principalmente valutato parametri cinematici, ma si è concentrato meno sulla cinetica^2,10. Quando un giocatore professionista ha giocato una competizione, la pressione si concentra nel tendine d'Achille e tendini anteriori del ginocchio, soprattutto nella gamba affondo dominante⁵. Negli sport racchetta, analisi cliniche di lesioni concentrate principalmente sull'arto inferiore, che hanno superato il 58%, in particolare sul ginocchio e sulla caviglia^{5,8,10,11,12, 13}.

Studi precedenti hanno valutato gli indicatori fisiologici del badminton^14,15,16 e le caratteristiche delle abilità fisiche^17,18,19,20 . Grazie a queste caratteristiche di base, vengono proposte azioni di base sull'agilità del badminton per migliorare l'effetto di allenamento e le prestazioni in loco dei giocatori^21,22. Precedenti studi sul badminton si sono concentrati su diversi movimenti o direzioni di movimento dell'affondo senza confrontare le caratteristiche di movimento tra i giocatori di badminton professionisti e amatoriali^{23,24,25 ,26,27}. Queste differenze nelle dinamiche e nei movimenti articolari li rendono suscettibili a diversi meccanismi di lesioni sportive.

Lo scopo di questo studio è quello di studiare le differenze nella cinematica e nelle dinamiche tra i giocatori di badminton professionisti e i giocatori di badminton amatoriali, nonché la gamma di movimento (ROM) della gamba dominante. Si presume che i giocatori di badminton professionisti e amatoriali mostrino differenze nell'affondo destro e che una ROM maggiore aumenti il rischio di lesioni sportive.

Protocollo

L'esperimento è stato approvato dal Comitato Etico della Facoltà di Scienze dello Sport dell'Università di Ningbo. Tutti i partecipanti hanno firmato consensi scritti e sono stati informati dei requisiti e del processo dell'esperimento sull'affondo.

1. Preparazione del laboratorio di andatura

1. Durante la calibrazione, rimuovere o coprire altri elementi potenzialmente riflettenti nel volume, evitare gli effetti dei riflessi della luce solare, della luce e di altri elementi riflettenti sull'identificazione e garantire una luce fluorescente ragionevole in laboratorio.
2. Collega il dongle al PC e accendi le telecamere di motion capture, il software di tracciamento proprietario, gli amplificatori della piattaforma di forzatura e il convertitore esterno analogico-digitale (ADC).
3. Posizionare otto telecamere su entrambi i lati del tribunale di badminton simulato. Inizializzare le telecamere. Selezionare il nodo Sistema locale dal riquadro Risorse di sistema e ogni nodo della fotocamera visualizzerà una luce verde se selezionato correttamente.
   1. Nel riquadro della vista Fotocamera, fare clic su Proprietà per regolare i parametri della videocamera: impostare l'intensità dello stroboscopio su 0,95 su 1, la soglia su 0,2 - 0,4, il guadagno a volte 1 (x1), la modalità Scala di grigi su Rapporto di circolarità minimo a 0,5, l'altezza massima del BLOB a 50 e selezionare Abilita LED.
4. Selezionare Fotocamera nel riquadro Prospettiva e posizionare il fotogramma t sulla lastra di forza. Nel riquadro Risorse di sistema fare clic su Telecamere MXe selezionare più videocamere per regolare i parametri.
   1. Nella sezione Impostazione, impostare i parametri di tutte le telecamere selezionate per garantire che i dati trasmessi da ciascuna telecamera possano essere visualizzati.
5. Selezionare la scheda e il fotogramma a T a 5 marcatori nel menu a discesa del t-frame e selezionare tutte le telecamere.
6. Fare clic sul pulsante Schermo diviso nell'angolo superiore destro del riquadro Proprietà. Selezionate Posizioni videocamera nel pannello Opzioni e fate clic sul pulsante Disattivato nel menu a discesa del Frustum esteso.
   1. Sventolare il fotogramma a T intorno al volume di acquisizione e fermarsi fino a quando la luce blu della fotocamera smette di lampeggiare.
7. Avviare la calibrazione, il che significa che la fotocamera raccoglie continuamente i dati dei marcatori e visualizza i dati validi raccolti nella barra degli strumenti MX Cameras Calibration Feedback sotto il pannello Strumenti. Terminare la calibrazione; la barra di avanzamento torna a 0%. Assicurarsi che il valore visualizzato in Errore immagine sia inferiore a 0,3.
8. Mettere il telaio a T sulla piastra di forza (60 x 90 cm) con l'asse lungo il bordo della piastra. Assicurarsi che la direzione del telaio a T sia conforme alla direzione sperimentale.
9. Assicurarsi che l'origine del fotogramma T sia anche quella del volume di acquisizione. Fare clic sul pulsante Start nel riquadro Imposta origine volume nel riquadro Strumenti per impostare l'origine.
10. Chiedi ai soggetti di stare sulla piastra di forza. Verificare che la direzione del vettore di reazione al suolo sia verso l'alto. Chiedi ai soggetti di scendere dalla piastra di forza.
11. Prima di iniziare le prove, fare clic su Forzae selezionare Livello zero. Trova i dati validi raccolti nel numero di baccheere e assicurati che ogni telecamera raccolga almeno 1.000 fotogrammi di dati validi.
12. Preparare 16 marcatori di 14 mm di diametro e incollare il nastro a doppio lato su di essi in anticipo.

2. Preparazione del soggetto

1. Lascia che i potenziali soggetti compilino un sondaggio di questionario. Ottenere il consenso informato scritto dai soggetti che soddisfano i criteri di inclusione.
   NOTA: Domande: (i) Quanti anni hai giocato a badminton? (ii) Hai partecipato a concorsi professionali di badminton a livello nazionale? (iii) Ha subito lesioni sportive e ha ricevuto interventi chirurgici? Qui, un totale di 16 partecipanti maschi hanno partecipato allo studio: otto giocatori professionisti di badminton e otto giocatori di badminton amatoriali.
2. Determinare i soggetti soddisfano i criteri.
   NOTA: i criteri includono i seguenti elementi. Tutti i partecipanti non hanno sofferto di lesioni agli arti superiore e inferiore nei sei mesi precedenti lo studio; i soggetti inoltre non hanno preso parte ad alcun allenamento ad alta intensità o concorso 2 d prima dell'esperimento; per tutti i soggetti, la mano destra e la gamba erano dominanti. La metà dei soggetti erano giocatori professionisti, la metà erano giocatori dilettanti; questo ha portato a otto soggetti che sono giocatori professionisti di badminton (età: 23,4 x 1,3 anni; altezza: 172,7 x 3,8 cm; massa: 66,3 , 3,9 kg; anni di badminton- playing: 9,7 x 1,2 anni) e hanno partecipato a competizioni nazionali professionali, e otto soggetti che sono giocatori di badminton amatoriali (età: 22,5 x 1,4 anni; altezza: 173,2 x 1,8 cm; massa: 67,5 x 2,3 kg; badminton anni di gioco: 3,2 - 1,1 anni).
3. Chiedi ai soggetti di indossare magliette e pantaloncini stretti.
4. Misurare l'altezza e il peso dei soggetti (mm), nonché la lunghezza della gamba sinistra e destra (mm) dalla colonna vertebrale iliaca superiore al condilo interno della caviglia, le larghezze del ginocchio (mm) dal condilo laterale al condigio laterale del ginocchio e le larghezze (mm) dal condilo interno mediale o il condile laterale alla caviglia.
5. Contrassegnare le aree della pelle dei punti di riferimento anatomici ossei per posizionare i creatori.
   1. Rasare i peli del corpo come necessario e pulire la pelle con alcool.
      NOTA: Le posizioni del marcatore includono spazi situati bilateralmente alla colonna vertebrale iliaca superiore anteriore, colonna vertebrale iliaca superiore posteriore (PSI), coscia laterale (THI), ginocchio laterale (KNE), tibia laterale (TIB), caviglia laterale (ANK), tallone (HEE) e punta (TOE).
6. Palpateper identificare i punti di riferimento anatomici. Incollare i 16 marcatori sull'arto inferiore.
7. Chiedere ai soggetti di indossare la stessa marca e serie di scarpe da badminton; quindi, lasciare che eseguano un affondo destro in avanti naturalmente, e assicurarsi che i marcatori sugli arti inferiori siano catturati dalle telecamere.
8. Chiedere ai soggetti di eseguire l'affondo destro in avanti a una comoda bassa velocità nel cortile simulato finoa quando non possono eseguire il movimento costantemente, e istruire loro di eseguire alcuni esercizi ausiliari (ad esempio, marciando tratto gamba affondo) per riscaldarsi.
9. Chiedere ai soggetti di eseguire l'affondo destro in avanti ad un'alta velocità confortevole nel campo simulato fino a quando non possono eseguire il movimento costantemente a questa velocità; poi, chiedere loro di mettere la gamba destra nell'area designata (posizione B in Figura 1) e subdolo colpire il volano al backcourt (posizione C).
10. Istruire i soggetti a eseguire un affondo massimo destro in avanti dalla posizione iniziale A (Figura1) e subdolo colpire il volano al backcourt (posizione C), assicurando che la loro gamba destra passi naturalmente e contatti completamente la piattaforma di forza come passano, ei soggetti devono tornare alla posizione A dopo aver colpito il volano.

3. Calibrazione statica

1. Aprire Gestione dati per creare un nuovo database. Selezionare La Posizione, digitare il nome e selezionare In base a Modello clinico; quindi, fare clic su Crea.
2. Selezionare il nome del soggetto e fare clic su Apri. Fare clic su Classificazione dei nuovi pazienti Nuovo paziente Nuova sessione per creare le informazioni dei soggetti.
3. All'inizio delle prove, selezionare Sessione per acquisire i dati. Tornare al riquadro Nexus, fare clic su Soggetti, quindi fare clic sul pulsante Nuovo soggetto. Rinominare le prove, se necessario.
4. Fare clic su Vai in diretta, selezionare Dividi orizzontalmentee selezionare Grafico per visualizzare il conteggio delle traiettorie.
   1. Controllare il numero dei marcatori, che è 16, indicando che non vi è alcun inquinamento luminoso indesiderato e tutti i marcatori sono stati catturati.
5. Iniziare a acquisire dati statici. Nella sezione Preparazione soggetto della barra degli strumenti, selezionare Acquisizione oggetto e fare clic sul pulsante Start. Chiedi ai soggetti di rimanere fermi e catturare 200 fotogrammi di immagini. Fare clic sul pulsante Interrompi.
6. Fare clic su Esegui la pipeline di ricostruzione per costruire i dati dei marcatori. Selezionate Etichetta, identificatevi nell'elenco dei marcatori e applicate le etichette ai marcatori corrispondenti. Fare clic sul pulsante Salva. Premere ESC per uscire.
7. Fare clic su Preparazione soggetto e selezionare l'area del plug-in statico nel menu a discesa Calibrazione soggetto.
8. Fare clic su Opzione nella finestra Intervallo di frame appena visualizzata e selezionare Piede sinistro e Piede destro nella finestra popup. Seleziona il pulsante Start e, quindi, salva.

4. Prove dinamiche

1. Chiedere al soggetto di trovarsi nella posizione di partenza corretta.
2. Dopo aver creato il modello statico, fate clic sul pulsante Passa allo stato attivo e selezionate Acquisisci. Impostare il tipo di prova e la sessione in ordine. Digitare un nome di prova e la descrizione è facoltativa.
3. Fare clic sul pulsante Start nell'ultima opzione per avviare l'acquisizione e interrompere dopo aver terminato il processo. Basta ripetere il processo per ogni prova.
   1. Al fine di condurre esperimenti, chiedere ai soggetti di eseguire l'affondo veloce e naturalmente. Assicurarsi che vi sia un intervallo di 2 min tra ogni prova.
   2. Chiedere ai soggetti l'eseguire l'affondo in avanti destro, di cui l'ultimo passo è sulla piastra di forza. Richiedere ai soggetti di eseguire il movimento 6x. Se i marcatori si spostano o rilasciano, ricollegarli prontamente e acquisire di nuovo.
4. Selezionare Interrompi dopo che i soggetti eseguono un affondo massimo in avanti destro e tornare alla posizione A (posizione inizio/arrivo).

5. Post-elaborazione

1. Utilizzare un software speciale per la post-elaborazione. Aprire Gestione dati, fare doppio clic sull'icona x in File, quindi fare clic sul pulsante Esegui la pipeline e le etichette di ricostruzione; quindi fare clic su Riproduci nel riquadro Prospettiva per riprodurre il video acquisito.
2. Trascinare i puntatori sulla barra di avanzamento sotto il riquadro Prospettiva per impostare l'ora di inizio e di fine del video.
3. Posizionare il cursore all'interno della barra di avanzamento e fare clic con il pulsante destro del mouse per selezionare Ingrandisci area di interesse.
4. Il passaggio di identificazione è lo stesso del processo di identificazione statica. Selezionare i marcatori e fare clic su Riempi. Controllare se tutti i marcatori sono identificati osservando ne sono le traiettorie. Fare clic con il pulsante destro del mouse sui marcatori senza etichetta e selezionare Elimina tutto senza etichetta.
5. Fare clic su Starte i file verranno esportati in formato .csv per la post-elaborazione.

6. Analisi dei dati

1. Filtra i dati cinemici e cinetici utilizzando filtri Butterworth a passate basse con frequenze a 10 Hz e 25 Hz.
2. Calcola le ROM del ginocchio e della caviglia su piani sagittali, frontali e orizzontali e ottieni i momenti del ginocchio e della caviglia attraverso l'approccio della dinamica inversa tridimensionale.
   NOTA: le ROM della caviglia e del ginocchio sono state ottenute dagli angoli articolari massimi e minimi sui piani di movimento tridimensionali.
3. Dividere l'affondo in quattro fasi, che includono il picco di impatto iniziale (I, 5% della posizione), il picco di impatto secondario (II, 20% della posizione), l'accettazione del peso (III, 40% - 70% della posizione) e il drive-off (IV, 80% della posizione).
4. Standardizzare tutti i dati del momento congiunto utilizzando i pesi dei soggetti.
5. Raccogliere forze di reazione a terra e dati cinematici allo stesso tempo. Per ogni soggetto, utilizzare i valori medi dei dati cinemici e cinetici di sei prove riuscite per l'analisi statistica.
   NOTA: i parametriincludono l'articolazione (ad esempio, caviglia, ginocchio e anca) ROM tridimensionali e i momenti del ginocchio e della caviglia.
6. Trasmettere i dati al software per l'analisi.

7. Analisi statistica

1. Esaminare i dati delle ROM della caviglia e del ginocchio catturati e i momenti articolari, utilizzando testt-campionati indipendenti tra i giocatori professionisti e i giocatori dilettanti. Utilizzare un testt-campione a due campioni per calcolare il numero appropriato di soggetti. Indicare le ROM e i momenti delle giunzioni in base ai valori medi. Impostare il livello di significatività su p - 0,05.

Risultati

La figura 2 mostra la media vGRF delle fasi I, II, III e IV (cioè il picco di impatto iniziale, il picco di impatto secondario, l'accettazione del peso e le fasi di drive-off) dei giocatori professionisti e dei giocatori dilettanti quando hanno eseguito un balzo. Non c'è differenza significativa nelle fasi I, II e III. Tuttavia, il vGRF dei giocatori professionisti è notevolmente superiore a quello dei giocatori dilettanti, indicando una differenz...

Discussione

Uno degli svantaggi della maggior parte degli studi che analizzano le caratteristiche biomeccaniche del passo di affondo badminton è che ignorano il livello di abilità dei giocatori di badminton che eseguono l'affondo. Questo studio divide i soggetti in giocatori professionisti e giocatori dilettanti per esplorare le differenze nella ROM congiunta e nel momento congiunto a diversi livelli quando si esegue un affondo destro in avanti.

Per quanto riguarda la ROM dell'articolazione della cavigl...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Motion Tracking Cameras	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		n= 8
Valid Dongle	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		Vicon Nexus 1.4.116
Force Platform Amplifier	Kistler, Switzerland		n=1
Force Platform	Kistler, Switzerland		n=1
Vicon Datastation ADC	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		-
T-Frame	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK	-	-
14 mm Diameter Passive Retro-reflective Marker	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		n=16
Double Adhesive Tape	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		For fixing markers to skin
Badmionton racket	Li-ning, China	BADMINTON RACKET CLUB PLAY BLADE 1000 [AYPL186-4]	MATERIAL: Standard Grade Carbon Fiber WEIGHT: 81-84 grams OVERALL LENGTH: 675mm GRIP LENGTH: 200mm BALANCE POINT: 295mm TENSION: Vertical 20-24 lbs, Horizontal 22-26 lbs