Name: an inertial measurement unit based method to estimate hip and knee joint kinematics in team sport athletes on the field
Uploaded: 2020-05-26T13:00:00
Duration: 6 min 52 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Inertial Measurement Unit Based Method to Estimate Hip and Knee Joint Kinematics in Team Sport Athletes on the Field at JoVE.com

ويود المؤلفون أن ينوّهوا، شاكرين، بمصادر التمويل التي قدمتها منظمة البحوث الوطنية الهولندية. وعلاوة على ذلك، يود المؤلفون أن ينوهوا بالامتنان للجمعية الملكية الهولندية لكرة القدم لتيسيرها برنامج البحوث من خلال إتاحة إمكانية الوصول إلى مرافق البحوث الخاصة بهم. وأخيراً، يود المؤلفون أن ينوهوا لحسن امتنانهم لتيجس ويغرز لمساهمته في برنامج البحوث.

وقد تمت الموافقة على جميع الأساليب المذكورة في هذا القسم من قبل اللجنة الأخلاقية التابعة لمركز علوم الحركة الإنسانية بجامعة غروننغن (رقم السجل: 201800904).
1. اختبار ميداني وإعداد وحدة القياس بالقصور الذاتي
<ol><li>تعيين مخاريط اثنين على الأقل 1 متر من بعضها البعض لتحديد بداية الاختبار الميداني. ملاحظة: المسافة 1-m بين المخاريط تمكن الموضوع من تشغيل بسهولة خلال نقطة البداية من اختبار الحقل. ويمكن تعديل هذه المسافة لتفضيل قائد الاختبار.</li>
	<li>تحديد نقطة نهاية اختبار الحقل عن طريق تدحرج شريط القياس من نقطة البداية للاختبار حتى يتم قطع مسافة خطية 30-m.</li>
	<li>تعيين اثنين مخاريط على الأقل 1 متر من بعضها البعض لتحديد نقطة نهاية اختبار الحقل.</li>
	<li>إعداد وحدات IMUs للحصول على تعلق بشكل صحيح إلى جسم الموضوع. ملاحظة: راجع جدول المواد لأبعاد IMU وخصائص الوزن.<ol>
<li>قطع شريط تمتد إلى 5 قطع حجم 10 سم × 10 سم.</li>
		<li>قطع الشريط اللاصق على الوجهين (على سبيل المثال، الشريط toupee) إلى 5 قطع يساوي حجم وحدات الرصد المتكاملة التي يتم استخدامها.</li>
		<li>إرفاق قطعة من شريط لاصق على الوجهين إلى كل IMU.</li>
		<li>تسمية كل IMU، بحيث يمكن التعرف عليها بشكل فردي أثناء تحليل البيانات.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2- إعداد الموضوع
<ol><li>الحصول على معلومات حول جنس الشخص المعني وعمره ووزن جسمه وطوله. اطلب من هذا الموضوع ملء استبيان حول خلفيته في الرياضات الجماعية. الحصول على موافقة خطية مستنيرة من الأشخاص الذين يستوفون معايير الاشتمال. ملاحظة: أمثلة على الأسئلة: '1' عن عدد السنوات التي تلعب فيها كرة القدم؟ '2' على أي مستوى تلعبين كرة القدم؟ '3' كم عدد الساعات في الأسبوع التي تتدرب فيها على كرة القدم خلال الأشهر الـ 6 الماضية؟ (4) ما هو موقفك اللعب؟ (5) هل عانيت من أي ألم أو هل تعرضت لإصابة عضلية في الطرف السفلي خلال الأشهر الـ 6 الماضية؟</li>
	<li>تحديد ما إذا كان الموضوع يستوفي معايير التضمين. ملاحظة: تشمل المواضيع عندما لم تشهد أي إصابات العضلات والعظام أو الألم في الأطراف السفلية في 6 أشهر قبل تنفيذ البروتوكول; يجب أن يكون لدى الأشخاص أكثر من عام خبرة في الرياضات الجماعية المنافسة على مستوى الهواة.</li>
	<li>اطلب تغيير الموضوع إلى ملابس رياضية (على سبيل المثال، قميص كرة قدم، شورتات قصيرة وأحذية كرة القدم). ملاحظة: لأنه سيتم وضع أجهزة الاستشعار على الساق، والجوارب كرة القدم غير المرغوب فيها.</li>
	<li>إعداد وحدات IMUs لإرفاقها بجسد الشخص المعني.<ol>
<li>محاذاة كافة وحدات IMUs الخمسة بجانب بعضها البعض.</li>
		<li>قم بتنشيط وحدات IMUs الخمسة في نفس الوقت بالضغط على زر أعلى المستشعر. يتم تنشيط المستشعر عندما يكون الضوء الأخضر يومض. ملاحظة: من هذه اللحظة، كل IMU عينات البيانات في 500 هرتز. يتم تخزين البيانات على بطاقة SD داخليا. يجب تحميل البيانات إلى كمبيوتر محمول أو كمبيوتر بعد اكتمال الاختبار.</li>
		<li>تأكد من أن ذروة ميكانيكية قد تم إنشاؤها عن طريق النقر على جميع وحدات الIM على سطح صلب في نفس الوقت (على سبيل المثال، على طاولة). ملاحظة: هناك حاجة إلى الذروة الميكانيكية لمزامنة إشارات IMU. يتم إجراء تزامن إشارات IMU أثناء معالجة البيانات (القسم 5). هذا القسم غير ضروري عند استخدام أجهزة الاستشعار المتاحة تجاريا. في هذه الحالة، استخدم البرنامج المقابل لمزامنة أجهزة الاستشعار.</li>
	</ol>
</li>
	<li>إرفاق وحدات IMUs بجسد الموضوع (الشكل 1).<ol>
<li>حلق شعر الجسم في الجسم الموضوع في المواقع التشريحية التالية: في العجز بين كل من العمود الفقري العلوي الخلفي، والجزء العظمي قبلية من الساق اليمنى واليسرى على حد سواء، والجزء الجانبي من كل من الفخذ الأيمن والأيسر (أي، المسالك illiotibialis). ملاحظة: يمكن تحديد المواقع التشريحية التي ينبغي وضع أجهزة الاستشعار فيها عن طريق الجس.</li>
		<li>رش رذاذ لاصق على المواقع التشريحية الموصوفة في الخطوة 2.5.1. انتظر 5−10 ق للتأكد من أن رذاذ لاصقة جافة. ملاحظة: عقد الرذاذ على الأقل 10 سم (4 بوصات) بعيدا عن الجلد ورش المنطقة المطلوبة مع حركة كاسحة.</li>
		<li>قم بإزالة الطبقة الواقية من الشريط اللاصق على الوجهين من وحدات الـ IMUs.</li>
		<li>ضع IMU في المواقع التشريحية الموصوفة. دوِّن الموقع التشريحي مع التسمية المقابلة لـ IMU (على سبيل المثال، ساق اليمين: IMU 1).</li>
		<li>إرفاق الشريط تمتد على رأس كل IMU للتأكد من أن يتم تأمين جهاز استشعار بالإضافة إلى ذلك على الجلد.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. معايرة استشعار IMU
<ol><li>تعليمات الموضوع للوقوف لا يزال في موقف محايد مع أقدامهم الورك العرض وبصرف النظر أيديهم في جانبهم. الحفاظ على هذا المركز لمدة لا تقل عن 5 s.</li>
	<li>إرشاد الموضوع إلى ثني الورك الأيسر والركبة إلى زاوية 90 درجة في الطائرة القوس تليها تمديد الورك إلى موقفهم محايدة كما هو موضح في الخطوة 3.1. ملاحظة: للاطلاع على تعريفات المتغيرات الحركية، راجع الشكل 2.</li>
	<li>كرر الخطوة 3.2 للورك الأيمن والركبة.</li>
	<li>توجيه المشارك إلى عرض جذعها نحو الأرض والعودة إلى موقعها المحايد.</li>
	<li>انتظر فترة دنيا من 5 s.</li>
	<li>كرر الخطوات 3.1−3.5 مرة واحدة.</li>
</ol>4. تنفيذ اختبار سباق خطي 30-m
<ol><li>تعليمات الموضوع لأداء الاحماء (على سبيل المثال، كرة القدم 11 الفيفا محددة+ الاحماء البرنامج20).</li>
	<li>إعلام الموضوع حول بروتوكول الاختبار.<ol>
<li>ينص بوضوح على أن خطر التعرض للإصابة أثناء الاختبار ليس أعلى من فترة التدريب العادي وأن الشخص يمكن أن يجهض الاختبار في أي وقت، دون إبداء أي سبب.</li>
		<li>إرشاد الموضوع للوقوف في موقف البداية الصحيح ، مع أقدامهم المفضلة على خط البداية وأكتافهم خلف خط البداية في الملعب.</li>
		<li>إرشاد الموضوع الذي قائد الاختبار سوف العد التنازلي من 3 إلى 0 متبوعاً بالصراخ 'ابدأ'. تعليمات أنه عند استدعاء 'ابدأ' ، يبدأ الاختبار.</li>
		<li>أبلغ الموضوع إلى سباق في أسرع وقت ممكن حتى تم الوصول إلى نقطة النهاية 30-m. بعد أن تم الوصول إلى نقطة النهاية 30-m، يجب أن يتباطأ الموضوع في أسرع وقت ممكن إلى وضعية الجمود.</li>
		<li>السماح للموضوع بطرح الأسئلة. إذا لزم الأمر، اسمح الموضوع بإجراء تشغيل الممارسة لتعريف الموضوع بالبروتوكول.</li>
	</ol>
</li>
	<li>اسأل الموضوع إذا كانت التعليمات واضحة.</li>
	<li>تأكد من أن الموضوع في موضع البداية الصحيح.</li>
	<li>عد من '3' إلى '0' والصراخ 'ابدأ' لبدء الاختبار. بدء تشغيل جهاز ضبط الوقت عند إعطاء علامة البدء.</li>
	<li>تشجيع الموضوع من أجل تحقيق أقصى أداء.</li>
	<li>إيقاف المؤقت عند وصول المشارك إلى موضع التوقف.</li>
	<li>كرر الخطوات 4.4−4.6 حتى يتم تنفيذ ثلاثة سباقات. ملاحظة: دع المشاركين يستريحون لمدة لا تقل عن 2 دقيقة بين التجارب. قم بتضمين أسرع سباق لتحليل البيانات.</li>
	<li>إرشاد الموضوع لإجراء تبريد.</li>
	<li>فصل وحدات IMUs عن الموضوع عن طريق إزالة شريط التمدد وشريط لاصق مزدوج الوجهين من جسم الشخص.</li>
</ol>5- معالجة البيانات
<ol><li>قم بتوصيل IMU مع جهاز كمبيوتر باستخدام كبل USB. تصدير بيانات IMU الخام إلى مجلد معين على الكمبيوتر.</li>
	<li>فتح MATLAB (الإصدار r2018b). استيراد ملفات البيانات الأولية لـ IMU (أي بيانات مقياس التسارع والجيروسكوب والمقياس المغناطيسي).</li>
	<li>مزامنة ملفات البيانات IMU الخام.<ol>
<li>استيراد ملف بيانات التسارع لمستشعر واحد (على سبيل المثال، مستشعر الحوض).</li>
		<li>حساب رعشة عن طريق التمييز بين X، Y و Z إشارات تسارع. تلخيص س ، Y ، وZ النطر للحصول على مجموع رعشة.</li>
		<li>الحصول على ذروة الميكانيكية عن طريق العثور على قيمة الفهرس في ملف البيانات حيث وصل رعشة الإجمالي قيمته القصوى. قيمة الفهرس هي بداية القياس.</li>
		<li>حذف جميع نقاط البيانات من البيانات التسارع، بيانات المغنطيسية وبيانات جيروسكوب قبل قيمة مؤشر المستشعر.</li>
		<li>كرر الخطوات 5.3.1−5.3.3 لكل ملف بيانات خام من المستشعر المقابل.</li>
		<li>تحديد أي جهاز استشعار يحتوي على أقل مقدار من نقاط البيانات عن طريق الحصول على عدد من نقاط البيانات العينة لكل ملف بيانات.</li>
		<li>قطع جميع ملفات البيانات الأخرى التي تساوي حجم أجهزة الاستشعار التي سجلت إشارات لأقصر فترة زمنية.</li>
	</ol></li>
	<li>تصفية بيانات جيروسكوب باستخدام ثاني من أجل منخفضة تمرير Butterworth مرشح مع تردد قطع 12 هرتز. ملاحظة: تم اختيار المرشح وتردد القطع المحدد على أساس فحص البيانات البصرية في التجارب التجريبية السابقة.</li>
	<li>الحصول على توجيه الاستشعار فيما يتعلق إطار الأرض العالمية عن طريق حساب رباعية التوجيه من أجهزة الاستشعار باستخدام مرشح مادجويك35. ملاحظة: وصف مستفيض لكيفية حساب اتجاه أجهزة الاستشعار فيما يتعلق بإطار الأرض العالمي في مادجويك وآخرون35.</li>
	<li>محاذاة إطار إحداثيات المستشعر إلى جزء الجسم.<ol>
<li>حدد أرقام فهرس ملف البيانات عندما كان الموضوع لا يزال قائماً أثناء المعايرة (الخطوة 3.1). ملاحظة: يفترض أن المحور الطولي للمستشعر مشابه لمتجه الجاذبية.</li>
		<li>استخدم أرقام فهرس الخطوة 5.6.1 لحساب متوسط اتجاه كل جهاز استشعار فيما يتعلق بالإطار المرجعي العمومي أثناء المعايرة الثابتة. ثم قم بتدوير إطار المستشعر لكل جهاز استشعار، بحيث يتواءم مع الإطار المرجعي العالمي أثناء المعايرة الثابتة.</li>
		<li>حدد أرقام فهرس ملف البيانات عند تنفيذ حركة معايرة الساق اليسرى (الخطوة 3.2).</li>
		<li>تدوير اتجاه أجهزة استشعار الساق اليسرى في مثل هذه الطريقة التي حركة المعايرة هو دوران حول المحور الأمامي فقط.</li>
		<li>كرر الخطوات 5.6.3 و 5.6.4 لحركات المعايرة من الساق اليمنى والجذع.</li>
	</ol></li>
	<li>الحصول على اتجاهات مشتركة من خلال التعبير عن اتجاه الجزء من الجسم القاصي في إطار الاحداثي للشريحة القريبة لكل مفصل.</li>
	<li>الحصول على زوايا مشتركة عن طريق تحلل التوجهات المشتركة التي تم الحصول عليها في زوايا "XZY" أويلر. ملاحظة: يتم وصف كيفية تحليل التوجهات المشتركة التي تم الحصول عليها إلى زوايا أويلر "XZY" في عمل ديبل36.</li>
	<li>الحصول على سرعات الزاوي المشترك التي تعبر عن إشارات الجيروسكوب لكل قطعة من القطع في الإطار الإحداثي للجزء القريب المقابل ناقص السرعة الزاوي للشريحة القريبة.</li>
	<li>تعريف كل خطوة أثناء السباق الخطي باستخدام خوارزمية كشف خطوة.<ol>
<li>استيراد بيانات جيروسكوب المصفاة في MATLAB.</li>
		<li>استخدم وظيفة الكشف الذروة لتحديد القمم في إشارة جيروسكوب. ملاحظة: تم تعيين ذروة الارتفاع عند 286.5 °·s-1 ومسافة الذروة الدنيا تم تعيينها في 100 عينة (= 0.2 s).</li>
	</ol></li>
	<li>لكل خطوة، حساب القيمة القصوى لزاوية الورك، زاوية الركبة، سرعة الورك الزاوي، والسرعة الزاوي الركبة.</li>
	<li>لكل خطوة، حساب القيمة الدنيا لزاوية الورك، زاوية الركبة، سرعة الزاوي الورك، والسرعة الزاوي الركبة.</li>
	<li>لكل خطوة، حساب نطاق الورك من الحركة عن طريق طرح زاوية الورك الحد الأدنى من زاوية الورك الأقصى.</li>
	<li>لكل خطوة، حساب نطاق الركبة من الحركة عن طريق طرح زاوية الركبة الحد الأدنى من زاوية الركبة القصوى.</li>
	<li>حفظ البيانات المعالجة إلى مجلد معين على الكمبيوتر من أجل استخدامها لمزيد من التحليل.</li>
</ol>6 - تحليل البيانات
<ol><li>استيراد بيانات IMU المعالجة في MATLAB.</li>
	<li>تقسيم السباق إلى تسريع، ومرحلة السرعة القصوى والتباطؤ استناداً إلى الخطوات التي تم تحديدها بواسطة خوارزمية الكشف عن الخطوة. ملاحظة: تم اختيار مراحل Sprint في هذه المقالة بشكل عشوائي. يتم تعريف مرحلة التسارع على أنها الخطوة 3 إلى 837، بينما يتم تعريف مرحلة التباطؤ على أنها آخر ثماني خطوات من السباق. تم اشتقاق بيانات السرعة القصوى من الخطوات التي تم تنفيذها بين هذه المراحل.</li>
	<li>حدد بيانات السرعة الزاوي لتحليل البيانات.</li>
	<li>حساب القيم المتوسطة والانحراف المعياري للمتغيرات الكينمية لكافة الخطوات خلال كل مرحلة من اختبار السباق الخطي 30-m.</li>
	<li>كرر الخطوة 6.3 و 6.4 لبيانات الزاوية.</li>
</ol>

ليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.

لا تسجل الطرق الحالية لمراقبة الرياضيين في الرياضات الجماعية حركية أدنى، والتي يمكن أن تكون مقياسًا مفيدًا لتحديد عوامل خطر الإصابة. المعيار الذهبي لتحليل أدنى الحدود الحركية أثناء الركض هي نظم القياس البصرية الإلكترونية29،30،31،32. على الرغم من أن نظم القياس الإلكتروني البصري بمثابة معيار ذهبي، فإن هذه الأنظمة تفتقر إلى الصلاحية البيئية بسبب منطقة القياس المحدودة. إعداد الاستشعار المعروضة في هذه المقالة يتغلب على القيود المفروضة على نظم القياس الحالية ، ورخيصة نسبيا. قد تؤدي إمكانية تسجيل حركية أدنى في الميدان، مقاسة بواسطة جهاز الاستشعار، إلى تحسين ممارسة الرصد الرياضي.
الدراسات السابقة التي درست سبرينت كينماتيكاس29,31,37,38,39 ذكرت زوايا الورك تتراوح بين 210° تمديد ل 90° انثناء. وعلاوة على ذلك، أفادت هذه الدراسات زوايا الركبة تتراوح بين 160 درجة أدنى انثناء و 40 درجة أقصى انثناء. القيم التي لوحظت في هذه الدراسة هي ضمن النطاق الذي تم الإبلاغ عنه سابقاً. وأفادت دراسة واحدة38 السرعات الزاوي الورك تتراوح بين -590 درجة · ق-1 إلى 700 °·s-1 والركبة الزاوي السرعات تتراوح بين -1,000 °·s-1 إلى 1,100 °·s-1. على الرغم من أن القيم التي لوحظت في هذه الدراسة كانت أعلى، إلا أنها تظهر اتجاهاً مماثلاً مع مرور الوقت. وقد تم التحقق من صحة الطريقة ويمكن استخدامها لرصد رياضي في الميدان40.
11- للدراسة الحالية بعض القيود التي يتعين معالجتها. أولاً، بصرف النظر عن خصائص وحدات الرصد المتكاملة التي استخدمت، يجب أن يدرك المستخدمون أن الإشارات المستمدة من وحدات الرصد الدولي تتأثر بعدة مصادر للخطأ تحد من النطاق المحتمل للتطبيقات41. أولاً، يمكن أن يؤثر تذبذب الأنسجة الرخوة حول العظام (أي المصنوعات اليدوية من الأنسجة الرخوة42)على تسجيل الكينوماتية. ولهذا السبب، من المهم أن ترفق وحدات الرصد الدولية بجسد الشخص المعني بعناية وفقا للخطوات المبينة في البروتوكول. وعلى الرغم من اتخاذ الخطوات اللازمة، تجدر الإشارة إلى أن الدراسة الحالية لم تتضمن أشرطة مرنة إضافية لمنع حركة أجهزة الاستشعار الخاطئة. وهذا يمكن أن يحسن النتائج ويمكن أن ينظر إليه على أنه قيد من هذه الدراسة. ثانيا، الاضطرابات المغناطيسية من الأجهزة الأخرى (أساسا داخل المباني) تغيير حجم أو اتجاه متجه المجال المغناطيسي قياس مقياس المغنطيسية IMU، مما تسبب في أخطاء في التوجه المقدر43. ولذلك، ينبغي تجنب مصادر الاضطرابات المغناطيسية المغنطيسية قدر الإمكان. وعلاوة على ذلك، يجب ملاحظة أن إعداد أجهزة الاستشعار لا ينطبق على انزلاق يعالج منذ أجهزة الاستشعار سوف تنفصل عن الجلد نتيجة لجعل الاتصال على سطح الأرض. وهكذا، ينبغي أن تعليمات المشاركين بعدم أداء انزلاق يعالج خلال الألعاب الصغيرة من جانب. يمكن أن يكون الحل الممكن لهذه المشكلة هو دمج إعداد المستشعر في الملابس الذكية (أيالجوارب الذكية المستشعر).
يمكن استخدام المتغيرات الكينائية التي تم الحصول عليها من خلال إعداد المستشعر في نموذج مجزأ من أجل مراقبة الرياضيين في الميدان. وجدت الأبحاث السابقة انخفاض الحد الأقصى مجتمعة انثناء الورك والركبة تمديد زاوية (أي طول أوتار الركبة النظرية) بعد كل نصف محاكاة مباراة كرة القدم44. في نفس الدراسة ، لوحظت زيادة في سرعة الزاوي ساق خلال نهايات كل نصف. قد يشير طول أوتار الركبة السفلي إلى جانب زيادة سرعة الساق إلى زيادة خطر الإصابة بشد مفرط في أوتار الركبة بعد التعب. ويمكن الكشف عن هذه التعديلات في الركض الكينوماتية في إعداد الحقل باستخدام نموذج مجزأ يحركه وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU). إلى جانب التغيرات في الكينماتيكا المشتركة، يمكن تقدير القوى التي تعمل على الجسم ككل كذلك. تصف قوات التفاعل البري (GRF) التحميل الميكانيكي الحيوي الذي يعاني منه الجهاز العضلي الهيكلي الكلي ، ويمكن تقديرها باستخدام قانون نيوتن الثاني للحركة (أي F = m · a). البحث الحالي في تشغيل المستخدمة GRF تقدير لتحسين أداء سباق45,46 أو تقييم مخاطر الإصابة المحتملة47,48,49,50. وتشير هذه الدراسات إلى أن معدلات التحميل، والقمم قوة تأثير عمودية وقوة كسر أفقي ترتبط إصابات الإفراط في استخدام العضلات والعظام. على الرغم من أنه من الصعب تقدير GRF بدقة خلال حركة محددة فريق رياضي ديناميكية للغاية51،52، فإن إمكانية مراقبة هذه المتغيرات أثناء القياسات في الميدان يمكن أن توفر معلومات جديدة لتحسين الأداء ، أو لمنع الإصابات.
تقتصر النتائج المعروضة في هذه الورقة على مراقبة حركية الأطراف السفلية أثناء السباق الخطي ، مع التركيز على آلية إصابة إجهاد أوتار الركبة. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن إصابات الورك والفخذ تحدث أيضًا بشكل متكرر في الرياضات الجماعية14،17،53،54،55. هذه الإصابات ربما تكون ناجمة عن التورط المتكرر للركل وتغيير الاتجاه. وهكذا، ينبغي أن البحوث في المستقبل ليس فقط الحد من تركيزهم على الركض في العلاقة مع آلية إصابة إجهاد في أوتار الركبة ولكن أيضا التركيز على توسيع المعرفة بشأن تغيير مهام الاتجاه56 والركل57،58،59 في العلاقة مع إصابات الورك والفخذ.
في الختام، يمكن دمج هذا الإعداد الاستشعار في الملابس الذكية. الملابس الذكية قد تمكن من تسجيل أقل أقصى كينماتيكا في الميدان خلال مهام محددة الرياضة الفريق، والتي يمكن أن تحسن رصد الرياضيين في المستقبل. قد يساعد هذا المهنيين في بيئة رياضية يومية على تقييم برامج التدريب وتحسينها ، بهدف الحد من خطر الإصابة.

تتميز الرياضات الجماعية (مثل كرة القدم والهوكي الميداني) بالتناوب عن إجراءات التفجير وجيزة مثل تشغيل عالية الكثافة أو الركض ، مع فترات أطول من الأنشطة الأقل تطلبا مثل المشي أو الركض1،2،3،4،5،6. على مدى العقود الماضية، تطورت المطالب المادية للعبة مع المزيد من المسافة التي تغطيها السرعة العالية والركض، وأسرع سرعة الكرة وأكثر يمر7،8.
الرياضيين باستمرار تدريب الثابت من أجل الحفاظ على وتحسين قدرتهم البدنية على تحمل المطالب المادية للعبة. التطبيق الصحيح من التحفيز التدريب في تركيبة مع الانتعاش كافية يدفع الاستجابات التي تؤدي إلى التكيف في جسم الإنسان، وتحسين اللياقة البدنية والأداء9. على العكس من ذلك، يمكن أن يؤدي اختلال التوازن بين التحفيز التدريب والانتعاش إلى التعب لفترات طويلة واستجابة التدريب غير مرغوب فيه (سوء التكيف)، مما يزيد من خطر الإصابة في كل من الرياضيين المحترفين والهواة فريق الرياضة10،11،12،13.
واحدة من المخاطر الرئيسية يرافقه التدريب العالي ومحفزات المباراة هي إصابات العضلات. تشكل إصابات شد العضلات أكثر من ثلث جميع إصابات خسارة الوقت في الرياضات الجماعية وتسبب أكثر من ربع الغياب الكلي للإصابة ، مع أن أوتار الركبة هي الأكثر مشاركةفي 14،15،16،17. وعلاوة على ذلك، فإن عدد الرياضيين الذين يُصابون بإصابة في أوتار الركبة يرتفع كل عام18،19، على الرغم من أن برامج متعددة قد أدخلت لمنع إصابات إجهاد أوتار الركبة12،13،20،21. وبالتالي، فإن هذا له تأثير سلبي من منظوريرياضي 22 و23 من المنظورات المالية، وبالتالي، فإن الرصد الكافي للرياضيين الأفراد ضروري لتحسين جداول التدريب، وتقليل مخاطر الإصابة إلى الحد الأدنى، وتحسين الأداء.
ويستند الرياضي الحالي لمراقبة الممارسة في الرياضات الجماعية أساسا على بيانات الموقف تقاس من قبل نظم تحديد المواقع المحلية أو العالمية24,25. هذه الأنظمة مراقبة النشاط مع المقاييس المستندة إلى نظام تحديد المواقع مثل المسافة المغطاة، متوسط سرعة التشغيل أو المقاييس القائمة على التسارع مثل PlayerLoad26،27،28. ومن عيوب هذه التدابير أنها لا تشمل أدنى الحدود الكُماية. Optoelectronic نظم القياس بمثابة معيار الذهب لإجراء تحليل الكاتنيزمية من الأطراف السفلية خلال سباق خطي29،30،31،32. ومساوئ هذه النظم هي عدم وجود صلاحية إيكولوجية بسبب منطقة قياسها المحدودة، وحاجة خبير لتشغيل النظام، وتحليل البيانات الذي يستغرق وقتاً طويلاً. وبالتالي، فإن هذه الطريقة ليست مناسبة للممارسة الرياضية اليومية.
قد يؤدي التطور السريع في تكنولوجيا الاستشعار إلى التغلب على القيود المفروضة على الطرق الحالية لمراقبة الرياضيين. الموثوقية الحديثة، والتصغير والبيانات إمكانيات تخزين وحدات القياس بالقصور الذاتي (IMU) تمكن التطبيق في الميدان من تكنولوجيا الاستشعار. تحتوي وحدات قياس التسارع والجيروسكوب والمغنطيسية التي تقيس التسارع والسرعة الزاوي والمجال المغناطيسي ، في ثلاثة محاور متعامدة على التوالي33،34. مع أجهزة الاستشعار ثابتة بشكل آمن لشرائح الجسم ، وخوارزميات الانصهار الاستشعار ونموذج الميكانيكا الحيوية ، فمن الممكن لتقدير كينماتيكا المشتركة33. تسجيل الكينماتيكا المشتركة في تركيبة مع معلومات حول تسريع شرائح الجسم المختلفة قد يحسن رصد الرياضيين في الرياضات الجماعية.
عن طريق اقتران جهاز الاستشعار IMU الإعداد لاختبار ميداني موحد، يمكن توضيح كيفية تسجيل حركية الطرف السفلي خلال الركض الخطي في الميدان، والتي يمكن أن تكون مقياسا مفيدا لتحديد عوامل خطر الإصابة. ويمكن أن يوفر إعداد المستشعر معلومات إضافية لتدابير الرصد الحالية التي قد يستخدمها المهنيون لتحسين جداول التدريب لتحسين الأداء وتقليل مخاطر الإصابة إلى أدنى حد. ولذلك، فإن الغرض الرئيسي من هذه المادة هو لإثبات إعداد الاستشعار بالقصور الذاتي لتقدير كينميات مفصل الورك والركبة من الرياضيين الرياضيين الرياضة الفريق في هذا المجال.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Computer software</td>
			<td>The MathWorks, Inc., Natick, MA, USA</td>
			<td></td>
			<td>Matlab Version 2018b</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cones</td>
			<td>Nike</td>
			<td></td>
			<td>n = 4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double-sided adhesive tape</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>For attaching IMUs on the skin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inertial Measurement Units</td>
			<td>MPU-9150, Invensense, San Jose, California, United States</td>
			<td></td>
			<td>n = 5; Dimensions: 3.5 x 2.5 x 1.0 cm; Weight: 0,011 kg; Sample frequency: 500Hz; Accelerometer: &#177; 16 G, Gyroscope: &#177; 2000 &#176;/s</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Measuring tape</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Minimal length: 30 meters</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pre-tape spray</td>
			<td>Mueller Tuffner, Mueller Sports Medicine, Inc., Wisconsin, United States</td>
			<td></td>
			<td>Contents: 283 g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stretch Tape</td>
			<td>Fixomull, BSN Medical, Almere, The Netherlands</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an inertial measurement unit based method to estimate hip and knee joint kinematics in team sport athletes on the field

تعتمد ممارسة مراقبة الرياضيين الحالية في الرياضات الجماعية بشكل رئيسي على بيانات موضعية تقاس بواسطة أنظمة تحديد المواقع العالمية أو أنظمة تحديد المواقع المحلية. وعيب نظم القياس هذه هو أنها لا تسجل أدنى الحدود الحركية، التي يمكن أن تكون مقياسا مفيدا لتحديد عوامل خطر الإصابة. وقد يؤدي التطور السريع في تكنولوجيا الاستشعار إلى التغلب على القيود التي تحد من نظم القياس الحالية. مع وحدات القياس بالقصور الذاتي (IMUs) ثابتة بشكل آمن على أجزاء الجسم ، وخوارزميات الانصهار الاستشعار ونموذج الميكانيكا الحيوية ، يمكن تقدير كينمياتية مشتركة. الغرض الرئيسي من هذه المقالة هو إظهار إعداد جهاز استشعار لتقدير كينميات مفصل الورك والركبة من الرياضيين الرياضيين في هذا المجال. خمسة مواضيع الذكور (سن 22.5 ± 2.1 سنة؛ كتلة الجسم 77.0 ± 3.8 كجم؛ الارتفاع 184.3 ± 5.2 سم؛ تجربة التدريب 15.3 ± 4.8 سنوات) أجرى سباق خطي أقصى 30 مترا. تم الحصول على زوايا مفصل الورك والركبة والسرعات الزاويّة من قبل خمسة وحدات ائية من وحدات الميم وضعت على الحوض، كلا الفخذين والسيقان. وتراوحت زوايا الورك من 195 درجة (± 8°) إلى 100.5° (± 8°) وانثناء وزوايا الركبة من 168.6 درجة (± 12°) الحد الأدنى من الثني و 62.8 درجة (± 12 درجة) أقصى انثناء. وعلاوة على ذلك، تراوحت سرعة الزاوي الورك بين 802.6 °·s-1 (± 192 °·s-1)و-674.9 °·s-1 (± 130 °·s-1). تراوحت سرعة الزاوي في الركبة بين 1155.9 °·s-1 (± 200 °·s-1)و-1208.2 °·s-1 (± 264 °·s-1). تم التحقق من إعداد أجهزة الاستشعار ويمكن أن توفر معلومات إضافية فيما يتعلق بمراقبة الرياضيين في الميدان. قد يساعد هذا المهنيين في بيئة رياضية يومية لتقييم برامج التدريب الخاصة بهم ، بهدف تقليل الإصابة وتحسين الأداء.

خمسة مواضيع (جميع الذكور؛ جميع لاعبي كرة القدم؛ سن 22.5 ± 2.1 سنة؛ كتلة الجسم 77.0 ± 3.8 كجم؛ الارتفاع 184.3 ± 5.2 سم؛ تجربة التدريب 15.3 ± 4.8 سنة) أجرى سباق خطي أقصى 30 م. تراوحت زوايا الورك بين 100.5° (± 8°) انثناء أقصى و 183.1° (± 8°) أقصى امتداد أثناء التسارع، 104.1° (± 8°) أقصى انثناء و 195° (± 8°) أقصى امتداد خلال السرعة العليا، و 128.4° (± 11°) أقصى انثناء و 171.9° (± 23°) ينثناء الحد الأدنى أثناء التباطؤ. تراوحت السرعات الزاويّة بين 744.9 °·s-1 (± 154 °·s-1)و -578 °·s-1 (± 99 °·s-1)أثناء التسارع، 802.6 °·s-1 (± 192 °·s-1)و-674.9 °·s-1 (± 130 °·s-1) خلال السرعة العليا، و 447.7 °·s-1 (± 255 °·s-1)و -430.3 °·s-1 (± 189 °·s-1)أثناء التباطؤ.
وعلاوة على ذلك، تراوحت زوايا الركبة بين 73.5 درجة (± 12 درجة) انثناء أقصى و162.6 درجة (± 7°) أدنى انثناء أثناء التسارع، 62.8° (± 12°) انثناء أقصى و 164.8° (± 6°) ينثناء الحد الأدنى خلال السرعة العليا، و 81.1° (± 16°) انثناء أقصى و 168.6° (± 12°) إنثناء أدنى أثناء التباطؤ. تتفاوت سرعة الزاوي في الركبة بين 935.8 °·s-1 (± 186 °·s-1)و-1137.8 °·s-1 (± 214 °·s-1)أثناء التسارع، بين 1155.9 °·s-1 (± 200 °·s-1)و-1208.2 °·s-1 (± 264 °·s-1)خلال السرعة العليا، و1000.1 °·s-1 (± 282 °·s-1)و-1004.3 °·s-1 (± 324 °·s-1). يوضح الشكل 3 البيانات الكينمية المستمرة لتجربة واحدة لاختبار السباق الخطي 30-m، في حين أن الشكل 4 والشكل 5 يوضحان البيانات الحركية لدورة خطوة واحدة أثناء التسارع والسرعة القصوى والتباطؤ في تجربة واحدة.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60857/60857fig1.jpg"> الشكل 1: تمثيل مواضع أجهزة الاستشعار. (أ)وضع الاستشعار على ساق اليمين واليسار. (ب) وضع الاستشعار على الحوض، والفخذ الأيمن والأيسر. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60857/60857fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60857/60857fig2.jpg"> الشكل 2: تعريفات لزوايا مفصل الورك والركبة والسرعات الزاويّة. (أ)تمثيل الموقف المحايد في مستوى القوس. زوايا مشتركة في موقف محايد هي 180 درجة. (B) تمثيل مفصل الورك (الورك), مفصل الركبة (الركبة) ومجموعة من الحركة (ROM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60857/60857fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60857/60857fig3.jpg"> الشكل 3: التصور من حركية سباق تجربة واحدة خلال التسارع، وسرعة قصوى ومرحلة التباطؤ. يشير asterix إلى وقت اكتشاف خطوة. (A) اليسار واليمين الورك الثني وزوايا التمديد مع مرور الوقت. (B) اليسار واليمين الورك الزاوي السرعات مع مرور الوقت. (C) زوايا الركبة اليمنى واليسرى مع مرور الوقت. (D) اليسرى واليسرى السرعات الزاوية الركبة مع مرور الوقت. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60857/60857fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60857/60857fig4.jpg"> الشكل 4: المؤامرة القطبية التي يتم فيها توضيح زاوية مفصل الورك (°) والسرعات الزاوي (انثناء/التمديد) من خطوة واحدة خلال التسارع، والسرعة القصوى والتباطؤ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60857/60857fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60857/60857fig5.jpg"> الشكل 5: المؤامرة القطبية التي يتم توضيح زاوية مفصل الركبة (°) والسرعات الزاوي (انثناء / التمديد) من خطوة واحدة خلال التسارع، والسرعة القصوى والتباطؤ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60857/60857fig5large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>

Watch this Scientific Journal Video about An Inertial Measurement Unit Based Method to Estimate Hip and Knee Joint Kinematics in Team Sport Athletes on the Field at JoVE.com

An Inertial Measurement Unit Based Method to Estimate Hip and Knee Joint Kinematics in Team Sport Athletes on the Field

مراقبة الرياضيين أمر ضروري لتحسين الأداء والحد من خطر الإصابة في الرياضات الجماعية. لا تشمل الطرق الحالية لمراقبة الرياضيين الأطراف السفلية. يمكن أن يؤدي ربط وحدات قياس بالقصور الذاتي المتعددة بالأطراف السفلية إلى تحسين مراقبة الرياضيين في هذا المجال.

وحدة قياس بالقصور الذاتي طريقة تستند إلى تقدير الورك والركبة كينمياتية مشتركة في فريق الرياضيين الرياضة على أرض الملعب

Current athlete monitoring practice in team sports is mainly based on positional data measured by global positioning or local positioning systems. The ...

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Behavior

Unit 1

Moment of Inertia

SCIENTISTS IN ACTION

Electrophysiological Motor Unit Number Estimation (MUNE) Measuring Compound Muscle Action Potential (CMAP) in Mouse Hindlimb Muscles

Electrophysiological Motor Unit Number Estimation MUNE Measuring Compound Muscle Action Potential CMAP in Mouse Hindlimb Muscles

وحدة للسيارات الكهربية عدد التقدير (المناعية) قياس إمكانية مجمع العضلات عمل (CMAP) في عضلات الفأر Hindlimb

Compound muscle action potential (CMAP) and motor unit number estimation (MUNE) are electrophysiological techniques that can be used to monitor the ...

Force and Position Control in Humans - The Role of Augmented Feedback

تحكم القوة والوظيفة في البشر - دور ملاحظات المعزز

During motor behaviour, humans interact with the environment by for example manipulating objects and this is only possible because sensory feedback is ...

A Method for Evaluating the Reinforcing Properties of Ethanol in Rats without Water Deprivation, Saccharin Fading or Extended Access Training

وطريقة لتقييم خصائص تعزيز من الايثانول في الفئران بدون ماء الحرمان، السكرين يتلاشى أو الوصول إلى تدريب موسع

Operant oral self-administration methods are commonly used to study the reinforcing properties of ethanol in animals. However, the standard methods ...

The Rodent Psychomotor Vigilance Test (rPVT): A Method for Assessing Neurobehavioral Performance in Rats and Mice

The Rodent Psychomotor Vigilance Test rPVT: A Method for Assessing Neurobehavioral Performance in Rats and Mice

القوارض النفسي اليقظة اختبار (rPVT): طريقة لتقييم السلوك العصبي الأداء في الجرذان والفئران

The human Psychomotor Vigilance Test (PVT) is a widely used procedure for measuring changes in fatigue and sustained attention. The present article ...

Basic Methods for the Study of Reproductive Ecology of Fish in Aquaria

الطرق الأساسية لدراسة الإيكولوجيا الإنجابية للأسماك في أكواريا

Captive-rearing observations are valuable for revealing aspects of fish behavior and ecology when continuous field investigations are impossible. Here, a ...

An Automated Method to Determine the Performance of Drosophila in Response to Temperature Changes in Space and Time

An Automated Method to Determine the Performance of Drosophila in Response to Temperature Changes in Space and Time

أسلوب الآلي لتحديد أداء المورفولوجية في استجابة للتغيرات في درجة الحرارة في المكان والزمان

Temperature is a ubiquitous environmental factor that affects how species distribute and behave. Different species of Drosophila fruit flies have specific ...

Integrating Visual Psychophysical Assays within a Y-Maze to Isolate the Role that Visual Features Play in Navigational Decisions

دمج الاختبارات النفسية الفيزيائية البصرية داخل متاهة Y لعزل الدور الذي تلعبه الميزات البصرية في القرارات الملاحية

Collective animal behavior arises from individual motivations and social interactions that are critical for individual fitness. Fish have long inspired ...

An Instrumented Pull Test to Characterize Postural Responses

اختبار سحب إليه لتميز استجابات الوضعي

Impairment of postural reflexes, termed postural instability, is a common and disabling deficit in Parkinson's disease. To assess postural reflexes, ...

In Vivo Protocol of Controlled Subconcussive Head Impacts for the Validation of Field Study Data

في بروتوكول فيفو الآثار رئيس سوبكونكوسيفي الخاضعة للتحقق بيانات الدراسة الميدانية

Subconcussive hits pose a threat to neuronal health as they have shown to induce neuronal structural damage and functional impairment without causing ...

Impact of High-intensity Interval Exercise and Moderate-Intensity Continuous Exercise on the Cardiac Troponin T Level at an Early Stage of Training

تاثير الفترة الزمنيه العالية الكثافة والتمارين المستمرة المعتدلة الكثافة علي مستوي تي تروبونين القلبي في مرحله مبكرة من التدريب

An elevation in cardiac troponin T (cTnT), as a highly specific biomarker of cardiomyocyte damage, after moderate-intensity continuous exercise (MCE) has ...