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

De auteurs willen graag de financieringsbronnen van nwo erkennen. Verder willen de auteurs de Koninklijke Voetbalbond (KNVB) dankbaar erkennen voor het faciliteren van het onderzoeksprogramma door toegang te geven tot hun onderzoeksfaciliteiten. Tot slot willen de auteurs Thijs Wiggers gelukkig erkennen voor zijn bijdrage aan het onderzoeksprogramma.

Alle in deze sectie beschreven methoden zijn goedgekeurd door de ethische commissie van het Centrum voor Bewegingswetenschappen van de Rijksuniversiteit Groningen (Registratienummer: 201800904).
1. Veldtest en traagheidsmetingseenheid voorbereiding
<ol><li>Stel twee kegels in op ten minste 1 m van elkaar om het begin van de veldtest te bepalen. OPMERKING: De afstand van 1 m tussen de kegels stelt de proefpersoon in staat om gemakkelijk door het beginpunt van de veldtest te rennen. Deze afstand kan worden aangepast aan de voorkeur van de testleider.</li>
	<li>Bepaal het eindpunt van de veldtest door meetlint vanaf het beginpunt van de test te rollen tot een lineaire afstand van 30 m is afgelegd.</li>
	<li>Stel twee kegels in op ten minste 1 m van elkaar om het eindpunt van de veldtest te bepalen.</li>
	<li>Bereid de IPU's voor om goed aan het lichaam van het onderwerp te worden bevestigd. OPMERKING: Zie Tabel met materialen voor IMU-afmetingen en gewichtskenmerken.<ol>
<li>Snijd stretchtape in 5 stukken ter grootte van 10 cm x 10 cm.</li>
		<li>Snijd dubbelzijdig plakband (bijv. toupeetape) in 5 stuks die gelijk zijn aan de grootte van de imu's die worden gebruikt.</li>
		<li>Bevestig een stuk dubbelzijdig plakband aan elke IMU.</li>
		<li>Label elke IMU, zodat deze individueel kan worden herkend tijdens gegevensanalyse.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Onderwerpsvoorbereiding
<ol><li>Informatie verkrijgen over het geslacht, de leeftijd, het lichaamsgewicht en de lengte van het onderwerp. Vraag het onderwerp om een vragenlijst in te vullen over hun achtergrond in teamsporten. Krijg schriftelijke geïnformeerde toestemming van onderwerpen die voldoen aan de inclusiecriteria. OPMERKING: Voorbeelden van vragen: (i) Voor hoeveel jaar voetbal je? (ii) Op welk niveau voetbal je? (iii) Hoeveel uur per week heb je de afgelopen 6 maanden voetbaltraining gehad? (iv) Wat is je speelpositie? (v) Heeft u pijn ondervonden of heeft u de afgelopen 6 maanden een musculoskeletale verwonding aan de onderste extremiteit opgelopen?</li>
	<li>Bepaal of het onderwerp voldoet aan de inclusiecriteria. OPMERKING: Neem proefpersonen op wanneer ze in de 6 maanden voorafgaand aan de uitvoering van het protocol geen musculoskeletale verwondingen of pijn in de onderste ledematen hebben ondervonden; Proefpersonen moeten meer dan 1 jaar ervaring hebben in concurrerende teamsporten op amateurniveau.</li>
	<li>Vraag het onderwerp om te veranderen in sportkleding (bijv. een voetbalshirt, voetbalshorts en voetbalschoenen). OPMERKING: Omdat er sensoren op het scheenbeen worden geplaatst, zijn voetbalsokken ongewenst.</li>
	<li>Bereid de IPU's voor op bevestiging aan het lichaam van de proefpersoon.<ol>
<li>Lijn alle 5 IPU's naast elkaar uit.</li>
		<li>Activeer alle vijf IPU's tegelijkertijd door op een knop bovenop de sensor te drukken. De sensor wordt geactiveerd wanneer er een groen lampje knippert. OPMERKING: Vanaf dit moment bemonstert elke IMU gegevens op 500 Hz. Gegevens worden intern opgeslagen op een SD-kaart. Gegevens moeten worden geüpload naar een laptop of computer nadat de test is voltooid.</li>
		<li>Zorg ervoor dat er een mechanische piek is gegenereerd door tegelijkertijd op alle IU's op een hard oppervlak te tikken (bijv. op een tafel). OPMERKING: De mechanische piek is nodig voor het synchroniseren van de IMU-signalen. Synchronisatie van de IMU-signalen wordt uitgevoerd tijdens de gegevensverwerking (sectie 5). Dit gedeelte is niet nodig wanneer in de handel verkrijgbare sensoren worden gebruikt. Gebruik in dat geval de bijbehorende software om de sensoren te synchroniseren.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bevestig de IPU's aan de body van het onderwerp (figuur 1).<ol>
<li>Scheer het lichaamshaar van de proefpersoon op de volgende anatomische locaties: in het heiligbeen tussen beide achterste superieure iliacale stekels, het voorste benige deel van zowel het rechter- als het linker scheenbeen en het laterale deel van zowel de rechter- als de linkerdij (d.w.z. tractus illiotibialis). OPMERKING: De anatomische plaatsen waar sensoren moeten worden geplaatst, kunnen worden bepaald door palpatie.</li>
		<li>Spuit lijmspray op de anatomische plaatsen zoals beschreven in stap 2.5.1. Wacht 5−10 s om er zeker van te zijn dat de lijmspray droog is. OPMERKING: Houd de spray minstens 10 cm (4 inch) uit de buurt van de huid en spuit het gewenste gebied met een vegende beweging.</li>
		<li>Verwijder de beschermlaag van de dubbelzijdige plakband uit de IU's.</li>
		<li>Plaats de IMU op de beschreven anatomische locaties. Noteer de anatomische locatie met het bijbehorende label van de IMU (bijv. rechtersteel: IMU 1).</li>
		<li>Bevestig de stretchtape bovenop elke IMU om er zeker van te zijn dat de sensor extra aan de huid is bevestigd.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. IMU-sensorkalibratie
<ol><li>Instrueer het onderwerp om stil te staan in een neutrale positie met hun voeten heupbreedte uit elkaar en hun handen in hun zij. Behoud deze positie gedurende een minimale periode van 5 s.</li>
	<li>Instrueer het onderwerp om zijn linkerheup en knie te buigen tot een hoek van 90° in het sagittale vlak, gevolgd door het verlengen van de heup naar hun neutrale positie zoals beschreven in stap 3.1. OPMERKING: Voor definities van kinematische variabelen, zie figuur 2.</li>
	<li>Herhaal stap 3.2 voor de rechter heup en knie.</li>
	<li>Instrueer de deelnemer om zijn stam naar de grond te buigen en terug te keren naar zijn neutrale positie.</li>
	<li>Wacht op een minimale periode van 5 s.</li>
	<li>Herhaal stap 3.1−3.5 eenmaal.</li>
</ol>4. Voer de lineaire sprinttest van 30 m uit
<ol><li>Instrueer het onderwerp om een warming-up uit te voeren (bijv. het voetbalspecifieke FIFA 11+ opwarmprogramma20).</li>
	<li>Informeer de proefpersoon over het testprotocol.<ol>
<li>Vermeld duidelijk dat het risico om tijdens de test letsel op te lopen niet groter is dan tijdens de normale training en dat de proefpersoon de test op elk moment kan afbreken, zonder opgaaf van reden.</li>
		<li>Instrueer het onderwerp om in de juiste startpositie te staan, met hun favoriete voet op de startlijn en hun schouders achter de startlijn op het veld.</li>
		<li>Instrueer het onderwerp dat de testleider van 3 naar 0 zal aftellen, gevolgd door het roepen van 'Start'. Instrueer dat wanneer 'Start' is aangeroepen, de test begint.</li>
		<li>Informeer het onderwerp om zo snel mogelijk te sprinten totdat het eindpunt van 30 m is bereikt. Nadat het eindpunt van 30 m is bereikt, moet het onderwerp zo snel mogelijk vertragen tot stilstand.</li>
		<li>Laat het onderwerp vragen stellen. Laat het onderwerp indien nodig een oefenrun uitvoeren om het onderwerp vertrouwd te maken met het protocol.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Vraag het onderwerp of de instructies duidelijk waren.</li>
	<li>Zorg ervoor dat het onderwerp zich in de juiste startpositie bevindt.</li>
	<li>Tel af van '3' naar '0' en roep 'Start' om de test te starten. Start de timer wanneer het startteken is gegeven.</li>
	<li>Moedig het onderwerp aan om maximale prestaties te bereiken.</li>
	<li>Stop de timer wanneer de deelnemer zijn stilstandpositie heeft bereikt.</li>
	<li>Herhaal stap 4.4−4.6 totdat er drie sprints zijn uitgevoerd. OPMERKING: Laat de deelnemers minstens 2 minuten rusten tussen de proeven door. Neem de snelste sprint op voor gegevensanalyse.</li>
	<li>Instrueer de proefpersoon om af te koelen.</li>
	<li>Maak de IPU's los van het onderwerp door de stretchtape en dubbelzijdige plakband uit het lichaam van het onderwerp te verwijderen.</li>
</ol>5. Gegevensverwerking
<ol><li>Sluit de IMU aan op een computer met behulp van een USB-kabel. Exporteer de onbewerkte IMU-gegevens naar een specifieke map op de computer.</li>
	<li>Open MATLAB (versie r2018b). Importeer de ruwe IMU-gegevensbestanden (d.w.z. versnellingsmeter-, gyroscoop- en magnetometergegevens).</li>
	<li>Synchroniseer de onbewerkte IMU-gegevensbestanden.<ol>
<li>Importeer het versnellingsgegevensbestand van één sensor (bijv. bekkensensor).</li>
		<li>Bereken schokken door de X-, Y- en Z-versnellingssignalen te differentiëren. Vat de X-, Y- en Z-schok samen om de totale schok te verkrijgen.</li>
		<li>Verkrijg de mechanische piek door de indexwaarde te vinden in het gegevensbestand waar de totale eikel zijn maximale waarde heeft bereikt. De indexwaarde is het begin van de meting.</li>
		<li>Verwijder alle gegevenspunten van de versnellingsgegevens, magnetometergegevens en gyroscoopgegevens vóór de indexwaarde van de sensor.</li>
		<li>Herhaal stap 5.3.1−5.3.3 voor elk onbewerkt gegevensbestand van de bijbehorende sensor.</li>
		<li>Bepaal welke sensor de laagste hoeveelheid gegevenspunten bevat door het aantal bemonsterde gegevenspunten voor elk gegevensbestand te verkrijgen.</li>
		<li>Knip alle andere gegevensbestanden gelijk aan de grootte van de sensor die signalen voor de kortste periode registreerde.</li>
	</ol></li>
	<li>Filter gyroscoopgegevens met behulp van een tweede orde low-pass Butterworth filter met een cutoff frequentie van 12 Hz. OPMERKING: Het filter en de specifieke afsluitfrequentie zijn gekozen op basis van visuele gegevensinspectie in eerdere pilotexperimenten.</li>
	<li>Verkrijg de sensororiëntatie ten opzichte van het globale aardframe door de oriëntatiegroeven van de sensor te berekenen met behulp van een Madgwick-filter35. OPMERKING: Een uitgebreide beschrijving van hoe de sensororiëntatie ten opzichte van het globale aardframe wordt berekend, wordt beschreven in Madgwick et al.35.</li>
	<li>Lijn het sensorcoördinatenframe uit op het lichaamssegment.<ol>
<li>Selecteer de indexnummers van het gegevensbestand wanneer het onderwerp stilstond tijdens de kalibratie (stap 3.1). OPMERKING: Er wordt aangenomen dat de lengteas van de sensor vergelijkbaar is met de zwaartekrachtvector.</li>
		<li>Gebruik de indexnummers van stap 5.6.1 om de gemiddelde oriëntatie van elke sensor ten opzichte van het globale referentiekader tijdens de statische kalibratie te berekenen. Draai vervolgens het sensorframe van elke sensor, zodat deze tijdens statische kalibratie wordt uitgelijnd met het globale referentiekader.</li>
		<li>Selecteer de indexnummers van het gegevensbestand wanneer de kalibratiebeweging van het linkerbeen is uitgevoerd (stap 3.2).</li>
		<li>Draai de richting van de linkerbeensensoren zodanig dat de kalibratiebeweging alleen een rotatie rond de frontale as is.</li>
		<li>Herhaal stap 5.6.3 en 5.6.4 voor de kalibratiebewegingen van het rechterbeen en de romp.</li>
	</ol></li>
	<li>Verkrijg gewrichtsoriëntaties door de oriëntatie van het distale lichaamssegment uit te drukken in het coördinatenkader van het proximale segment voor elk gewricht.</li>
	<li>Verkrijg gewrichtshoeken door de verkregen gewrichtsoriëntaties te ontbinden in 'XZY' Euler-hoeken. OPMERKING: Hoe de verkregen gewrichtsoriëntaties in 'XZY' Euler-hoeken te ontbinden, wordt beschreven in het werk van Diebel36.</li>
	<li>Verkrijg gewrichtshoeksnelheden die de gyroscoopsignalen van elk distaal segment uitdrukken in het coördinatenkader van het overeenkomstige proximale segment minus de hoeksnelheid van het proximale segment.</li>
	<li>Identificeer elke stap tijdens de lineaire sprint met behulp van een stapdetectiealgoritme.<ol>
<li>Importeer de gefilterde gyroscoopgegevens in MATLAB.</li>
		<li>Gebruik een piekdetectiefunctie om pieken in het gyroscoopsignaal te identificeren. OPMERKING: De piekhoogte werd ingesteld op 286,5 °·s-1 en de minimale piekafstand werd ingesteld op 100 monsters (= 0,2 s).</li>
	</ol></li>
	<li>Bereken voor elke stap de maximale waarde voor heuphoek, kniehoek, heuphoeksnelheid en kniehoeksnelheid.</li>
	<li>Bereken voor elke stap de minimumwaarde voor heuphoek, kniehoek, heuphoeksnelheid en kniehoeksnelheid.</li>
	<li>Bereken voor elke stap het bewegingsbereik van de heup door de minimale heuphoek af te trekken van de maximale heuphoek.</li>
	<li>Bereken voor elke stap het bewegingsbereik van de knie door de minimale kniehoek af te trekken van de maximale kniehoek.</li>
	<li>Sla de verwerkte gegevens op in een specifieke map op de computer om deze te gebruiken voor verdere analyse.</li>
</ol>6. Data-analyse
<ol><li>Importeer de verwerkte IMU-gegevens in MATLAB.</li>
	<li>Verdeel de sprint in een versnelling, een topsnelheid en vertragingsfase op basis van de stappen die zijn geïdentificeerd door het stapdetectiealgoritme. OPMERKING: Sprintfasen in dit artikel zijn willekeurig gekozen. De versnellingsfase wordt gedefinieerd als stap 3 tot en met8 37, terwijl de vertragingsfase wordt gedefinieerd als de laatste acht stappen van de sprint. Gegevens over de hoogste snelheid zijn afgeleid van stappen die tussen deze fasen zijn uitgevoerd.</li>
	<li>Selecteer de hoeksnelheidsgegevens voor gegevensanalyse.</li>
	<li>Bereken de gemiddelde waarden en standaarddeviatie van de kinematische variabelen van alle stappen tijdens elke fase van de lineaire sprinttest van 30 m.</li>
	<li>Herhaal stap 6.3 en 6.4 voor de hoekgegevens.</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

De huidige methoden om atleten in teamsporten te controleren registreren geen kinematica van de onderste extremiteit, wat een nuttige maatregel zou kunnen zijn voor het identificeren van letselrisicofactoren. De gouden standaard voor het analyseren van kinematica van de onderste extremiteit tijdens het sprinten zijn opto-elektronische meetsystemen29,30,31,32. Hoewel opto-elektronische meetsystemen als gouden standaard dienen, missen deze systemen ecologische validiteit vanwege hun beperkte meetgebied. De sensoropstelling in dit artikel overwint de beperkingen van de huidige meetsystemen en is relatief goedkoop. De mogelijkheid om kinematica van de onderste extremiteit in het veld te registreren, gemeten door de sensoropstelling, kan de training van atleten verbeteren.
Eerdere studies die sprintkinematicaonderzochten 29,31,37,38,39 rapporteerden heuphoeken variërend van 210° uitbreiding tot 90° flexie. Bovendien rapporteerden deze studies kniehoeken variërend van 160° minimale flexie en 40° maximale flexie. De waarden die in deze studie worden waargenomen, liggen binnen het eerder gerapporteerde bereik. Eén studie38 rapporteerde heuphoeksnelheden variërend van -590 °·s-1 tot 700 °·s-1 en kniehoeksnelheden variërend van -1.000 °·s-1 tot 1.100 °·s-1. Hoewel de waarden die in deze studie werden waargenomen hoger waren, vertonen ze in de loop van de tijd een vergelijkbare trend. De methode is gevalideerd en kan worden gebruikt voor atletenmonitoring in veld40.
De huidige studie heeft enkele beperkingen die moeten worden aangepakt. In de eerste plaats moeten gebruikers, afgezien van de kenmerken van de gebruikte IU 's, zich ervan bewust zijn dat de signalen van de IU 's worden beïnvloed door verschillende foutbronnen die het mogelijke bereik van toepassingen beperken41. Ten eerste kan de oscillatie van de zachte weefsels rond de botten (d.w.z. weke delen artefacten42) de registratie van kinematica beïnvloeden. Om deze reden is het belangrijk om de IPU's zorgvuldig aan het lichaam van het onderwerp te koppelen volgens de stappen die in het protocol worden beschreven. Hoewel de nodige stappen werden ondernomen, moet worden opgemerkt dat de huidige studie geen extra elastische riemen bevatte om onjuiste sensorbewegingen te voorkomen. Dit zou de resultaten kunnen verbeteren en kan worden gezien als een beperking van deze studie. Ten tweede veranderen ferromagnetische storingen van andere apparaten (voornamelijk in gebouwen) de grootte of richting van de gemeten magnetische veldvector van de magnetometer van de IMU, waardoor fouten in de geschatte oriëntatie43worden veroorzaakt. Daarom moeten bronnen van ferromagnetische verstoring zoveel mogelijk worden vermeden. Bovendien moet worden opgemerkt dat de sensoropstelling niet van toepassing is op schuif tackles, omdat de sensoren loskomen van de huid als gevolg van het maken van contact met het grondoppervlak. Deelnemers moeten dus worden geïnstrueerd om geen sliding tackles uit te voeren tijdens kleine sided games. Een mogelijke oplossing voor dit probleem zou kunnen zijn om de sensoropstelling te integreren in slimme kleding (d.w.z. een Smart Sensor Tights).
De kinematische variabelen verkregen door de sensoropstelling kunnen worden gebruikt in een segmentaal model om atleten in het veld te volgen. Eerder onderzoek vond verminderde maximale gecombineerde heupflexie en knieverlengingshoek (d.w.z. theoretische hamstringlengte) na elke helft van een voetbalwedstrijdsimulatie44. In dezelfde studie is een toename van de hoeksnelheid van de schacht waargenomen tijdens de uiteinden van elke helft. De lagere hamstringlengte in combinatie met een verhoogde schachtsnelheid kan wijzen op een verhoogd risico op overmatige hamstringbelasting na vermoeidheid. Dergelijke veranderingen in sprintkinematica kunnen in een veldinstelling worden gedetecteerd met behulp van een IMU-aangedreven segmentaal model (Inertial Measurement Unit). Naast veranderingen in gewrichtskinematica kunnen krachten die op het lichaam als geheel werken ook worden geschat. Grondreactiekrachten (GRF) beschrijven de biomechanische belasting die wordt ervaren door het totale bewegingsapparaat en kunnen worden geschat met behulp van newtons tweede bewegingswet (d.w.z. F = m · a). Huidig onderzoek naar het hardlopen gebruikte GRF-schatting om sprintprestaties45,46 te optimaliseren of potentieel letselrisico47,48,49,50te beoordelen . Deze studies suggereren dat belastingssnelheden, verticale impactkrachtpieken en horizontale breekkracht verband houden met letsels bij overmatig gebruik van het bewegingsapparaat. Hoewel het een uitdaging is om GRF nauwkeurig in te schatten tijdens zeer dynamische teamsportspecifieke bewegingen51,52, zou de mogelijkheid om deze variabelen te monitoren tijdens metingen op het veld nieuwe informatie kunnen bieden om de prestaties te optimaliseren of blessures te voorkomen.
De resultaten in dit artikel zijn beperkt tot het monitoren van kinematica van de onderste extremiteit tijdens een lineaire sprint, gericht op hamstringspanningsletselmechanisme. Er moet echter worden opgemerkt dat heup- en liesblessures ook vaak voorkomen in teamsporten14,17,53,54,55. Deze verwondingen worden waarschijnlijk veroorzaakt door herhaalde betrokkenheid van schoppen en verandering van richting. Toekomstig onderzoek moet dus niet alleen hun focus op sprinten in relatie tot het hamstringblessuremechanisme beperken, maar ook gericht zijn op het uitbreiden van kennis over richtingsveranderingstaken56 en schoppen57,58,59 in relatie tot heup- en liesblessures.
Tot slot kan deze sensoropstelling worden geïntegreerd in slimme kledingstukken. Slimme kledingstukken kunnen het mogelijk maken om kinematica van lagere ledematen in het veld te registreren tijdens teamsportspecifieke taken, wat de monitoring van atleten in de toekomst zou kunnen verbeteren. Dit kan professionals in een dagelijkse sportomgeving helpen om hun trainingsprogramma's te evalueren en te optimaliseren, met als doel het blessurerisico te verminderen.

Teamsporten (bijv. voetbal en veldhockey) worden gekenmerkt door afwisselend korte explosieve acties zoals hardlopen of sprinten met hoge intensiteit, met langere periodes van minder veeleisende activiteiten zoals wandelen of joggen1,2,3,4,5,6. In de afgelopen decennia evolueerden de fysieke eisen van het spel met meer afstand bedekt met hoge snelheid en sprinten, snellere balsnelheden en meer passes7,8.
Atleten trainen voortdurend hard om hun fysieke capaciteit te behouden en te verbeteren om de fysieke eisen van het spel te weerstaan. De juiste toepassing van een trainingsprikkel in combinatie met voldoende herstel leidt tot reacties die leiden tot aanpassing van het menselijk lichaam, verbetering van de conditie en prestaties9. Integendeel, een onbalans tussen een trainingsprikkel en herstel kan leiden tot langdurige vermoeidheid en een ongewenste trainingsrespons (maladaptatie), wat het risico op blessures bij zowel professionele als amateurteamsporters10,11,12,13verhoogt .
Een van de grootste risico's in combinatie met hoge training en wedstrijdprikkels zijn spierspanningsblessures. Spierspanningsblessures vormen meer dan een derde van alle tijdverliesblessures in de teamsport en veroorzaken meer dan een kwart van de totale blessureverzuim, waarbij de hamstrings de meest betrokkenzijn 14,15,16,17. Bovendien stijgt het aantal atleten dat een hamstringblessure oploopt elk jaar18,19, ondanks dat er meerdere programma 's zijn geïntroduceerd om hamstringbelastingsblessures te voorkomen12,13,20,21. Dit heeft dus een negatieve invloed vanuit sportieve22 en financiële23 perspectieven. Een adequate monitoring van individuele sporters is dus essentieel voor het optimaliseren van trainingsschema's, het minimaliseren van blessurerisico's en het optimaliseren van prestaties.
De huidige praktijk voor het monitoren van atleten in teamsporten is voornamelijk gebaseerd op positiegegevens gemeten door lokale of mondiale positioneringssystemen24,25. Deze systemen monitoren de activiteit met GPS-gebaseerde statistieken zoals afgelegde afstand, gemiddelde loopsnelheid of op accelerometrie gebaseerde statistieken zoals PlayerLoad26,27,28. Een nadeel van deze maatregelen is dat ze geen kinematica van de onderste extremiteit bevatten. Opto-elektronische meetsystemen dienen als gouden standaard om een kinematische analyse van de onderste ledematen uit te voeren tijdens een lineaire sprint29,30,31,32. De nadelen van deze systemen zijn een gebrek aan ecologische validiteit vanwege hun beperkte meetgebied, de behoefte van een expert om het systeem te bedienen en de tijdrovende gegevensanalyse. Deze methode is dus niet geschikt voor de dagelijkse sportbeoefening.
Snelle ontwikkeling in sensortechnologie kan de beperkingen van de huidige methoden om atleten te controleren overwinnen. De recente mogelijkheden voor betrouwbaarheid, miniaturisatie en gegevensopslag van traagheidsmeeteenheden (IMU) maken toepassing van sensortechnologie in het veld mogelijk. IMU's bevatten een versnellingsmeter, gyroscoop en magnetometer die de versnelling, hoeksnelheid en magnetisch veld meten, in drie orthogonale assen respectievelijk33,34. Met sensoren die stevig zijn bevestigd aan lichaamssegmenten, sensorfusiealgoritmen en een biomechanisch model, is het mogelijk om gewrichtskinematica33te schatten. De registratie van gewrichtskinematica in combinatie met informatie over de versnelling van verschillende lichaamssegmenten kan de bewaking van atleten in teamsporten verbeteren.
Door de opstelling van de IMU-sensor te koppelen aan een gestandaardiseerde veldtest, kan worden geïllustreerd hoe kinematica van de onderste extremiteit worden geregistreerd tijdens lineair sprinten in het veld, wat een nuttige maatregel kan zijn voor het identificeren van letselrisicofactoren. De sensoropstelling kan aanvullende informatie bieden voor de huidige monitoringmaatregelen die professionals kunnen gebruiken voor het optimaliseren van trainingsschema's om de prestaties te verbeteren en het risico op letsel te minimaliseren. Daarom is het belangrijkste doel van dit artikel om een traagheidssensoropstelling te demonstreren voor het schatten van heup- en kniegewrichtskinematica van teamsporters in het veld.

<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

De huidige sportermonitoringspraktijk in teamsporten is voornamelijk gebaseerd op positionele gegevens gemeten door wereldwijde positionerings- of lokale positioneringssystemen. Het nadeel van deze meetsystemen is dat zij geen kinematica van de onderste extremiteit registreren, wat een nuttige maatregel zou kunnen zijn voor het identificeren van letselrisicofactoren. Snelle ontwikkeling in sensortechnologie kan de beperkingen van de huidige meetsystemen overwinnen. Met traagheidsmeeteenheden (IPU's) die stevig zijn bevestigd aan lichaamssegmenten, sensorfusiealgoritmen en een biomechanisch model, kunnen gewrichtskinematica worden geschat. Het belangrijkste doel van dit artikel is om een sensoropstelling te demonstreren voor het schatten van heup- en kniegewrichtskinematica van teamsporters in het veld. Vijf mannelijke proefpersonen (leeftijd 22,5 ± 2,1 jaar; lichaamsmassa 77,0 ± 3,8 kg; hoogte 184,3 ± 5,2 cm; trainingservaring 15,3 ± 4,8 jaar) voerden een maximale lineaire sprint van 30 meter uit. Heup- en kniegewrichtshoeken en hoeksnelheden werden verkregen door vijf IMUs die op het bekken werden geplaatst, zowel dijen als beide schachten. Heuphoeken varieerden van 195° (± 8°) uitbreiding tot 100,5° (± 8°) flexie- en kniehoeken varieerden van 168,6° (± 12°) minimale flexie en 62,8° (± 12°) maximale flexie. Bovendien varieerde de heuphoeksnelheid tussen 802,6 °·s-1 (± 192 °·s-1) en -674,9 °·s-1 (± 130 °·s-1). De hoeksnelheid van de knie varieerde tussen 1155,9 °·s-1 (± 200 °·s-1) en -1208,2 °·s-1 (± 264 °·s-1). De sensoropstelling is gevalideerd en kan aanvullende informatie geven met betrekking tot atletenmonitoring in het veld. Dit kan professionals in een dagelijkse sportomgeving helpen om hun trainingsprogramma's te evalueren, met als doel blessures te verminderen en prestaties te optimaliseren.

Vijf proefpersonen (alle mannen; alle voetballers; leeftijd 22,5 ± 2,1 jaar; lichaamsmassa 77,0 ± 3,8 kg; hoogte 184,3 ± 5,2 cm; trainingservaring 15,3 ± 4,8 jaar) voerde een maximale lineaire sprint van 30 meter uit. Heuphoeken varieerden tussen 100,5° (± 8°) maximale flexie en 183,1° (± 8°) maximale verlenging tijdens acceleratie, 104,1° (± 8°) maximale flexie en 195° (± 8°) maximale verlenging tijdens topsnelheid, en 128,4° (± 11°) maximale flexie en 171,9° (± 23°) minimale flexie tijdens vertraging. Heuphoeksnelheden varieerden tussen 744,9 °·s-1 (± 154 °·s-1) en –578 °·s-1 (± 99 °·s-1) tijdens acceleratie, 802,6 °·s-1 (± 192 °·s-1) en -674,9 °·s-1 (± 130 °·s-1) tijdens de topsnelheid, en 447,7 °·s-1 (± 255 °·s-1) en -430,3 °·s-1 (± 189 °·s-1) tijdens vertraging.
Bovendien varieerden de kniehoeken tussen 73,5° (± 12°) maximale flexie en 162,6° (± 7°) minimale flexie tijdens acceleratie, 62,8° (± 12°) maximale flexie en 164,8° (± 6°) minimale flexie tijdens topsnelheid, en 81,1° (± 16°) maximale flexie en 168,6° (± 12°) minimale flexie tijdens vertraging. De hoeksnelheid van de knie varieerde tussen 935,8 °·s-1 (± 186 °·s-1) en -1137,8 °·s-1 (± 214 °·s-1) tijdens acceleratie, tussen 1155,9 °·s-1 (± 200 °·s-1) en -1208,2 °·s-1 (± 264 °·s-1) tijdens de topsnelheid, en 1000,1 °·s-1 (± 282 °·s-1) en -1004,3 °·s-1 (± 324 °·s-1). Figuur 3 illustreert continue kinematische gegevens van één proef van de lineaire sprinttest van 30 m, terwijl figuur 4 en figuur 5 kinematische gegevens van één pascyclus illustreren tijdens acceleratie, topsnelheid en vertraging van één proef.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60857/60857fig1.jpg"> Figuur 1: Weergave van de plaatsing van de sensor. (A) Sensorplaatsing op de rechter- en linkersteel. (B) Sensorplaatsing op het bekken en rechter- en linkerdij. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60857/60857fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60857/60857fig2.jpg"> Figuur 2: Definities voor heup- en kniegewrichtshoeken en hoeksnelheden. (A) Weergave van de neutrale positie in het sagittale vlak. Gewrichtshoeken in neutrale positie zijn 180°. (B) Weergave van het heupgewricht (θ heup), kniegewricht (θ knie) en bewegingsbereik (ROM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60857/60857fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60857/60857fig3.jpg"> Figuur 3: Visualisatie van sprintkinematica van één proef tijdens acceleratie, topsnelheid en vertragende fase. Een asterix geeft aan wanneer een stap is gedetecteerd. (A) Linker en rechter heup flexie en extensie hoeken in de loop van de tijd. (B) Linker en rechter heup hoeksnelheden in de loop van de tijd. (C) Linker- en rechterkniehoeken in de loop van de tijd. (D) Linker- en rechterknie hoeksnelheden in de loop van de tijd. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60857/60857fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60857/60857fig4.jpg"> Figuur 4: Poolplot waarin heupgewrichtshoek (°) en hoeksnelheden (flexie/extensie) van één stap worden geïllustreerd tijdens acceleratie, topsnelheid en vertraging. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60857/60857fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60857/60857fig5.jpg"> Figuur 5: Poolplot waarin kniegewrichtshoek (°) en hoeksnelheden (flexie/verlenging) van één stap worden geïllustreerd tijdens acceleratie, topsnelheid en vertraging. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60857/60857fig5large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</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

Het monitoren van sporters is essentieel voor het verbeteren van de prestaties en het verminderen van blessurerisico's in teamsporten. De huidige methoden om atleten te controleren omvatten niet de onderste ledematen. Het bevestigen van meerdere traagheidsmeeteenheden aan de onderste ledematen kan de monitoring van atleten in het veld verbeteren.

Een traagheidsmetingseenheid gebaseerde methode om heup- en kniegewrichtskinematica in teamsporters op het veld te schatten

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

Elektrofysiologische Motor Unit Number Schatting (MUNE) Meten Compound Muscle Action Potential (CMAP) in Mouse achterbeen Spieren

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

Force en Position Control bij mensen - De rol van Augmented feedback

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

Een methode voor het evalueren van de versterkende eigenschappen van ethanol in ratten zonder Water beroving, sacharine Fading of Extended Access Training

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

De knaagdieren Psychomotorische Waakzaamheid Test (rPVT): Een methode voor het beoordelen van Neurobehavioral bij ratten en muizen

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

Basismethoden voor de studie van reproductieve ecologie van vis in aquaria

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

Een automatische methode om te bepalen van de prestaties van Drosophila in antwoord op temperatuurveranderingen in ruimte en tijd

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

Het integreren van visuele Psychophysical assays binnen een Y-doolhof om de rol te isoleren die visuele functies spelen in navigatie beslissingen

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

Een Test van de geïnstrumenteerde Pull te karakteriseren posturale reacties

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

In Vivo Protocol van gecontroleerde Subconcussive hoofd effecten voor de validatie van veldgegevens studie

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

Impact van hoge intensiteit interval oefening en matige intensiteit continue oefening op de cardiale Troponin T niveau in een vroeg stadium van de opleiding

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