資料處理

本研究利用 Visual 3D (C-Motion, Rockville, MD, USA) 建立 3D 人體模型，透過 51 顆反光球決定 15 個人體肢段，並將每個肢段視為 質量均勻的剛體，各肢段間是由沒有摩擦的鉸鏈結構所連接。15 個 肢段分別是頭、軀幹、骨盆、右上臂、右前臂、右手掌、右大腿、右

小腿、右足掌、左上臂、左前臂、左手掌、左大腿、左小腿、左足掌。

反光球軌跡以 Butterworth 4 階零相濾波公式進行資料修勻，以 10 Hz 低通濾波(low-pass filter) 去除雜訊。利用 Visual 3D 處理反光球在空 間中的軌跡，各關節角度參數依照 Carden angle 旋轉順序 XYZ 求得，

並透過測力板收集下蹲跳與扣殺式跳躍起跳與落地之原始資料，進行 運動學與動力學分析；以及 Noraxon 無線肌電圖系統收集腹部、背部 與下肢肌電訊號進行分析。

一、人體各肢段的定義與建立：

（一）空間座標定義：

本實驗空間座標方位定義，以 X 軸為左右方向、Y 軸為前 後方向、Z 軸為垂直方向。

圖 9 空間座標定義圖

測力板

SPJ 助走方向 X

Y

Z

（二）身體肢段定義：

骨盆(Pelvis)以 R/LASI 與 R/LPSI 四點定義出；大腿(Thigh) 以 R/LTRO、R/LKNE 及 mR/LKNE 定義出；小腿(Shank)以 R/LKNE、mR/LKNE 及 R/LANK 定義出；足掌(Foot)以 R/LANK、

mR/LANK、R/LMT1、R/LMT5 及 R/LTOE 定義出。

（三）骨盆(Pelvis)座標定義（圖 10）：

RASI 與 LASI 的中點為骨盆的座標原點，中點到 RASI 定義 出 X 軸（屈曲為正，伸展為負）。RPSI 與 LPSI 的中點與原點的 連線定義出 Y 軸（外展為正，內收為負）。並以垂直於 XY 平面 來定義出 Z 軸（內旋為正，外旋為負）。若以 ASIS 與 PSIS 四點 定義出骨盆，則 Visual 3D 計算出髖關節的公式為：

RHJC = (0.36 × ASIS_Distance － 0.19 × ASIS_Distance － 0.3× ASIS_Distance)

LHJC = (－0.36 × ASIS_Distance － 0.19 × ASIS_Distance － 0.3 × ASIS_Distance)

圖 10 骨盆座標定義圖

（四）大腿(Thigh)座標定義（圖 11）：

以右腳為例，右大腿是以 RTPO、mRKNE、RKNE、RTAP、

RTAD、RTPP、RTPD 七點定義而成。以計算出之髖關節中心 為原點，mRKNE 與 RKNE 的中點為膝關節中心，膝關節中心 往原點連線為 Z 軸，原點往大轉子連線為 X 軸，再由 X 軸與 Z 軸外積得到 Y 軸。

圖 11 大腿座標定義圖

（五）小腿(Shank)座標定義（圖 12）：

以右腳為例，右小腿是以 mRKNE、RKNE、mRANK、RANK、

RSAP、RSAD、RSPP、RSPD 八點定義而成。mRKNE 與 RKNE 的中點為膝關節原點，原點往 RKNE 的連線定義出 X 軸，

mRANK 與 RANK 的中點向原點的連線垂直方向定義出 Z 軸，

再由 X 軸與 Z 軸外積得到 Y 軸。

圖 12 小腿座標定義圖

（六）足掌 (Foot) 座標定義（圖 13）：

以右腳為例，右足掌是以 mRANK、RANK、RMT1、RMT5、

RHEE、RTOE 六點定義而成。mRANK 與 RANK 的中點為踝關 節原點，RMT1 與 RMT5 的中點往踝關節原點連線定義出 Y 軸，

踝關節原點往 RANK 連線定義出 X 軸，再由 X 軸與 Y 軸外積 得到 Z 軸。

圖 13 足掌座標定義圖

二、運動學分析

以 Vicon 高速攝影機收集反光球資料，拍攝頻率為 200 Hz，實驗 所得之影像資料以 Vicon Nexus 軟體進行 3D 影像重建及標誌點的命 名與補點之後，再以 Visual 3D (C-Motion, Rockville, MD, USA)處理反 光球在三維空間中的軌跡，反光球軌跡以 Butterworth 4 階零相濾波公 式進行資料修勻，以 10 Hz 低通濾波 (low-pass filter) 去除雜訊，下 肢各關節角度參數依照 Carden angle 旋轉順序 XYZ 求得。

下肢各關節角度的定義，以站立時定義為 0 度。矢狀面：髖關節 伸展角度定義為負值，屈曲角度定義為正值；膝關節伸展角度定義為 正值，屈曲角度定義為負值；踝關節背屈角度定義為正值，蹠屈角度 定義為負值。藉此求得各關節起跳角度、著地瞬間角度。

三、動力學分析

透過 Visual 3D (C-Motion, Rockville, MD, USA) 軟體處理分析，

測力板所測得的地面反作用力資料，用來判斷下蹲跳與扣殺式跳躍的

各分期之動作時間、跳躍最大高度、質心最低位置。

人體質心 ( Center of Mass ) 計算公式為：

COM = ((RASI + LASI)/2 + (RPSI + LPSI)/2)/2

圖 14 力板參數示意圖

圖 15 質心計算示意圖

起跳期 騰空期 著地期

負荷率(斜率)

質心最大高度 質心最大位移

質心最低位置

因各個體之間體重的差異，以體重對原始資料進行標準化，將標 準化後之地面反作用力以逆動力學公式推算踝、膝、髖關節力矩。以 兩塊力板之地面反作用力除以總地面反作用力計算制動腳、起跳腳之 貢獻度；以著地關節力矩除以關節力矩總和計算各關節貢獻度。逆動 力學運算流程如圖 17。

圖 16 逆動力學運算流程

四、肌電圖分析

使用 Noraxon 無線肌電圖系統收集兩側腹直肌、豎脊肌、股直肌、

股二頭肌、脛前肌及腓腸肌共十二條肌肉的肌電訊號，使用 Noraxon MyoResearch 擷取肌電訊號，擷取頻率定為 1500 Hz，以 10 – 500 Hz 帶通濾波 (band-pass filter) 後，使用 RMS 將訊號平滑化，並用 MVC 之平均振幅標準化，觀察起跳推蹬期及著地期的肌肉活化程度；並以 作用肌除以拮抗肌之比值觀察共同收縮情形。疲勞分析部份，利用快 速傅立葉轉換進行頻譜分析，觀察中位頻率(median frequency)及平均 振幅(mean amplitude)的趨勢。

RMS 計算公式如下：

頻譜分析需將原本肌電訊號經由快速傅立葉轉換後始能進行。傅 立葉轉換公式如下：

B(m) = Σ A(k) ω

^mk

A(k) =

¹

N

^-km

k=0 N-1 m=0

圖 17 肌電訊號經快速傅立葉轉換所得的頻譜圖

轉換後分析中位頻率 ( median frequency )，會隨著疲勞的發生而 逐漸下降。

圖 18 中位頻率 Median Frequency