(一)、運動學參數
1、 本實驗所使用之紅外線攝影機擷取頻率為 250 Hz,所得三維反光球軌跡資料先利用 Vicon Nexus 軟體進行命名,再將資料匯出 C3D 檔案。
2、 將檔案匯入 Visual3D 軟體,利用解剖動作靜態檔案及人體肢段參數 (Dempster, 1955) 建 立 人 體模 型 ,再 套用 至 跑 步 動 態 檔 案 中 。 動 態 檔案 資 料會 先利 用 zero-lag Butterworth 4th 10 Hz 低通濾波(low-pass filter) 去除反光球軌跡之雜訊,再進行運 動學參數運算。
3 、 實驗室空間 座標 系統 (global coordinate systems, GCS) 及肢 段空間座標 系統 (segment coordinate systems, SCS)定義:
本研究實驗室空間座標系統如圖 6 所示,依跑者前進方向定義為 x 軸,左右方向為
y 軸,垂直方向為 z 軸。肢段空間座標則是依照各肢段上的反光球定義出該肢段的三維 座標軸,其下肢座標系統定義如下:受試者骨盆座標系由三個單位向量組成 ( , , )。
從左 ASIS 指向右 ASIS 的單位向量 ( ) 定義為 x 軸;從兩 ASIS 中點指向 sacrum 的單位向量 ( ) 定義為 y 軸; 與 求外積所得之單位向量 ( ) 定義為 z 軸,如圖 4 所示。大腿座標系由三個單位向量組成 ( , , )。從膝關節中心指向髖關節中心的單位 向量 ( ) 定義為 z 軸;從膝關節中心指向大腿外側的向量與 求外積所得單位向量 ( ) 定義為 x 軸; 與 夾求外積所得之單位向量 ( ) 定義為 y 軸。小腿座標系由三個 單位向量組成 ( , , )。從踝關節中心指向膝關節中心的單位向量 ( ) 定義為 z 軸;從 踝關節中心指向小腿外側的向量與 求外積所得單位向量 ( ) 定義為 x 軸; 與 求外 積所得之單位向量 ( ) 定義為 y 軸。足部座標系由三個單位向量組成 ( , , ),先建立 由內、外踝垂直於地面之虛擬點,從虛擬之踝關節中心指向踝關節外側的單位向量 ( ) 定義為 x 軸;從踝關節中心指向第二蹠骨頭之單位向量 ( ) 乃定義為 y 軸; 與 求外積所得之單位向量 ( ) 定義為 z 軸。
圖 6、骨盆座標系示意圖 1、 關節轉軸定義:
本研究關節轉軸定義是以人體解剖動作來決定轉軸方向,髖、膝關節沿 x 軸轉動 之 動 作 定 義 為 屈 曲 (flexion) 、 伸 張 (extension) ; y 軸 轉 動 之 動 作 定 義 為 內 收 (adduction/varus)、外展 (abduction/valgus);沿 z 軸轉動之動作定義為內旋 (internal rotation)、外旋 (external rotation)。踝關節沿 x 軸轉動之動作定義為屈曲 (flexion)、伸 張 (extension);y 軸轉動之動作定義為內翻 (inversion)、外翻 (eversion);沿 z 軸轉動
之動作定義為內旋 (internal rotation)、外旋 (external rotation)。 Visual3D 軟體以 zero-lag Butterworth 4th 60 Hz 低通濾波方法進行平滑處理。
3、 關節力矩計算方法:
肢段近端的偶合 (力矩) 是在肢段空間座標系中進行計算:
其中 J 表示關節(髖、膝、踝),P為關節功率,而 ti 和 tf 為右腳腳跟著地瞬間與腳 尖離地之時間。而關節總能量為下肢三個關節之正值加總及負值加總。
𝑊𝑊𝐿𝐿𝑝𝑝�𝑏𝑏𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑆𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝑊𝑊𝐴𝐴𝑛𝑛𝑘𝑘𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑆𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 + 𝑊𝑊𝐾𝐾𝑛𝑛𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑆𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 + 𝑊𝑊𝐻𝐻𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑆𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝
𝑊𝑊𝐿𝐿𝑝𝑝𝑝𝑝𝑏𝑏𝑛𝑛𝑝𝑝𝑛𝑛𝑝𝑝𝑆𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝑊𝑊𝐴𝐴𝑛𝑛𝑘𝑘𝑝𝑝𝑝𝑝𝑛𝑛𝑝𝑝𝑛𝑛𝑝𝑝𝑆𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝+ 𝑊𝑊𝐾𝐾𝑛𝑛𝑝𝑝𝑝𝑝𝑛𝑛𝑝𝑝𝑛𝑛𝑝𝑝𝑆𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝+ 𝑊𝑊𝐻𝐻𝑝𝑝𝑝𝑝𝑛𝑛𝑝𝑝𝑛𝑛𝑝𝑝𝑆𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝
(Johnston 3rd et al.)、關節貢獻度 (joint contribution, Cont):
每一關節之正負關節能量貢獻度:正負關節能量與總關節能量之比值 𝐶𝐶𝑓𝑓𝐶𝐶𝑡𝑡𝐴𝐴𝑛𝑛𝑘𝑘𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑆𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝑊𝑊𝐴𝐴𝑛𝑛𝑘𝑘𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑆𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝/𝑊𝑊𝐿𝐿𝑝𝑝𝑝𝑝𝑏𝑏𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑆𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝
𝐶𝐶𝑓𝑓𝐶𝐶𝑡𝑡𝐴𝐴𝑛𝑛𝑘𝑘𝑝𝑝𝑝𝑝𝑛𝑛𝑝𝑝𝑛𝑛𝑝𝑝𝑆𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝑊𝑊𝐴𝐴𝑛𝑛𝑘𝑘𝑝𝑝𝑝𝑝𝑛𝑛𝑝𝑝𝑛𝑛𝑝𝑝𝑆𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝/𝑊𝑊𝐿𝐿𝑝𝑝𝑝𝑝𝑏𝑏𝑛𝑛𝑝𝑝𝑛𝑛𝑝𝑝𝑆𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝
5、 動力學參數標準化:
將實驗所得參數(如:地面反作用力、關節力矩等) 除以自身體重予以標準化 (Body weight, B.W.)。
(三)、統計方法
本研究所測得之運動學、動力學與逆動力學資料經過分析處理後,使用統計軟體 SPSS 20.0版,以兩組重複量數二因子變異數分析 (運動員與非運動員分開探討,二因子 為有無貼紮及有無疲勞) 比較在緩衝期與起跳期動作(關節角度、角速度)、地面反作用 力、50ms被動衝量、關節力矩及、關節受力與關節能量吸收度情形之差異,統計顯著水 準定為 α=.05。
第肆章、結果
屈曲 92.34±16.81 92.84±15.38 95.04±15.58 92.55±14.79 外翻 22.06±10.14 20.83±8.32 27.08±10.14 26.29±10.44 內旋 31.34±7.57 30.60±8.03 33.59±9.94 34.51±9.19 關節活動度(deg)
屈曲 61.08±15.02 64.08±13.57 64.63±14.04 66.60±10.80 外翻 15.72±5.93 15.95±5.10 19.25±7.77 19.68±6.89 內旋 21.68±8.50 21.45±9.05 21.60±9.31 24.42±9.42
b疲勞前後達到顯著差異
如表四,髖關節部分,在觸地瞬間外旋角度則達到交互作用 (F(1,21)=5.78, η2=.366, power=.583, C>D),經比較單純主要效果後發現,在肌內效貼紮後,疲勞前顯著大於疲