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(2) 論文名稱：棒球投手投球時運動學及肌電訊號之分析 總 頁 數 ： 97 頁 院校所組別：國立臺灣體育大學（臺中）體育研究所自然科學組 畢業時間及提要別：九十七學年度第一學期碩士學位論文提要 研究生：程正欣 指導教授：張怡雯博士. 中文摘要 棒 球 比 賽 中 ， 投 手 為 掌 握 比 賽 勝 負 的 主 要 一 ， 過 去 有 許 多 對 於 棒 球 投 手 的 生 物 力 學 研 究 投 擲 不 同 變 化 球 時 的 力 學 機 轉 ， 許 多 文 獻 顯 示 不 同 變 化 球 時 ， 力 學 參 數 和 肌 電 訊 號 有 些 許 的 另 外 一 方 面 ， 動 作 的 一 致 性 和 穏 定 性 為 維 持 運 的 重 要 條 件 之 一 ， 然 而 對 於 投 擲 不 同 變 化 球 動 異 性 ， 過 去 並 無 相 關 研 究 ， 因 此 ， 本 研 究 的 目 1.探 討 及 比 較 投 擲 不 同 的 球 種 時 ， 身 體 各 部 位 學 參 數 及 投 球 側 上 肢 之 肌 電 訊 號 、 2.探 討 及 比 不 同 的 球 種 時 ， 身 體 各 部 位 運 動 學 參 數 及 投 球 肌 電 訊 號 之 變 異 性 。 本 研 究 以 5 位 大 學 甲 組 手 ， 以 EMG 量 測 系 統 MA300 及 動 態 分 析 量 VICON MX 分 別 收 集 上 肢 肌 肉 的 肌 電 訊 號 及 運 數 的 資 料 ， 以 重 複 量 數 單 因 子 變 異 數 分 析 ， 比 球 種 （ 直 球 、 滑 球 及 變 速 球 ） 之 間 的 運 動 學 參 電 訊 號 值 及 變 異 係 數 是 否 有 顯 著 差 異 。 結 果 顯 擲 不 同 球 路 時 的 運 動 學 參 數 及 肌 電 訊 號 有 明 顯 而 軀 幹 旋 轉 及 前 傾 的 變 異 係 數 較 高 ， 但 本 研 究 的 運 動 學 參 數 及 肌 電 訊 號 之 變 異 係 數 ， 並 無 異 ， 表 示 本 國 大 學 甲 組 投 手 的 投 球 動 作 ， 軀 幹 性 較 差 ， 但 投 球 動 作 的 穏 定 性 不 會 因 為 投 擲 球 同 而 有 所 差 異 。. 因 ， 在 不 動 作 的 之 較 側 棒 測 動 較 數 示 差 所 明 的 路. 關 鍵 詞 ： 棒 球 投 手 、 運 動 學 、 肌 電 訊 號 、 變 異 性. I. 素 針 投 同 表 之 為 運 投 上 球 系 學 不 及 ， 異 探 顯 穏 的. 之 對 擲 ， 現 變 ： 動 擲 肢 投 統 參 同 肌 投 ， 討 差 定 不.
(3) Cheng, Cheng-Hsin (2008). Analysis of kinematics and electromyographic signals during baseball pitching. Unpublished master thesis, National Taiwan Sport University, Taichung.. ABSTRACT In the baseball competition, pitchers’ performance is one of the most important factors for winning. A lot of studies that have been reported about the biomechanics of the baseball pitching were focused on the mechanism of throwing different types of baseball. These literatures revealed some differences on mechanical parameters and electromyographic signals among different types of baseball pitching. In addition, the consistency of baseball pitching is one of the most important factors for pitchers’ performance. However, there was very little study about the variability analysis during baseball pitching in the literature. The purposes of this research were: (1) to compare the difference on the kinematics data and electromyographic signals during throwing different types of baseball, (2) to compare the difference on the variability of kinematics data and electromyographic signals during throwing different types of baseball. Five collegiate pitchers were recruited. MA300 electromyography analysis system and Vicon MX motion analysis system were used. Electromyographic signals and kinematic parameters were analyzed. One-way ANOVA with repeated measures was used to analyze the differences of average and coefficient of relative variability among different types of baseball pitching. The kinematics data and electromyographic signals showed significant differences among different types of baseball pitching. The coefficient of relative variability of the trunk rotation angles and trunk tilt angles were higher than other parameters. But the coefficient of relative variability of the kinematics data and electromyographic signals showed no significant differences. The current results suggest that the stability of trunk of Taiwan collegiate pitchers is lower, but the stability of pitching show no differences among pitching different types of baseball. Keywords: Pitcher, Kinematics, Electromyography, Variability. II.
(4) 目錄 目 錄 ....................................................................... III 表 目 錄 ...................................................................... V 圖 目 錄 ....................................................................VII 第壹章. 緒 論 ............................................................ 1. 第一節. 研 究 背 景 ................................................ 1. 第二節. 研 究 目 的 ................................................ 3. 第三節. 研 究 假 設 ................................................ 4. 第四節. 名 詞 解 釋 ................................................ 4. 第貳章. 文 獻 探 討 ..................................................... 10. 第一節. 棒 球 投 球 動 作 簡 述 .................................. 10. 第二節. 運 動 學 之 相 關 文 獻 .................................. 12. 第三節. 動 力 學 之 相 關 文 獻 .................................. 17. 第四節. 肌 力 之 相 關 文 獻 ..................................... 20. 第五節. 肌 電 訊 號 之 相 關 文 獻 ............................... 22. 第六節. 結 語 ..................................................... 25. 第參章. 實 驗 方 法 ..................................................... 26. 第一節. 實 驗 對 象 ............................................... 26. 第二節. 實 驗 時 間 地 點 ........................................ 26. 第三節. 實 驗 設 備 ............................................... 26. 第四節. 實 驗 步 驟 ............................................... 32. 第五節. 資 料 處 理 與 分 析 ..................................... 39. 第六節. 統 計 方 法 ............................................... 45. 第肆章. 結 果 ........................................................... 47. 第一節. 受 試 者 資 料 ........................................... 47. III.
(5) 第二節. 球 速 ..................................................... 49. 第三節. 運 動 學 結 果 ........................................... 50. 第四節. EMG 訊 號 結 果 ....................................... 68. 第伍章. 討 論 ........................................................... 75. 第一節. 球 速 之 討 論 ........................................... 75. 第二節. 運 動 學 結 果 之 討 論 .................................. 76. 第三節. EMG 訊 號 結 果 之 討 論 .............................. 81. 第四節. 綜 合 討 論 ............................................... 83. 第陸章. 結 論 與 建 議 .................................................. 85. 引 用 文 獻 .................................................................. 87 中 文 部 分 ........................................................... 87 西 文 部 分 ........................................................... 87 附錄 1. 受 試 者 同 意 書 ............................................... 95. 附錄 2. 基 本 資 料 表 ................................................... 97. IV.
(6) 表目錄 表. 1. 棒 球 投 手 投 球 之 運 動 學 相 關 文 獻 整 理 .................. 16. 表. 2. 棒 球 投 手 投 球 之 動 力 學 相 關 文 獻 整 理 .................. 19. 表. 3. 棒 球 投 手 投 球 之 肌 力 相 關 文 獻 整 理 ..................... 21. 表. 4. 棒 球 投 手 投 球 之 肌 電 訊 號 相 關 文 獻 整 理 ............... 24. 表. 5. 肢 段 參 數 值 定 義 表 ........................................... 33. 表. 6. 受 試 者 測 試 部 位 及 測 試 動 作 表 ............................ 35. 表. 7. 反 光 標 誌 點 黏 貼 部 位 及 代 號 表 ............................ 38. 表. 8. 參 數 定 義 ........................................................ 40. 表. 9. 受 試 者 資 料 表 .................................................. 48. 表. 10. 受 試 者 變 化 球 統 計 表 ....................................... 48. 表. 11. 球 速 平 均 值 A N O VA 一 覽 表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9. 表. 12. 球 速 變 異 係 數 A N O VA 一 覽 表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0. 表. 13. 關 節 活 動 度 平 均 值 A N O VA 一 覽 表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0. 表. 14. 關 節 活 動 度 變 異 係 數 A N O VA 一 覽 表 . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1. 表. 15. 分 期 時 間 平 均 值 A N O VA 一 覽 表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. 表. 16. 分 期 時 間 變 異 係 數 A N O VA 一 覽 表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. 表. 17. 加 速 期 開 始 時 運 動 學 參 數 平 均 值 A N O VA 一 覽 表 . . 6 3. 表. 18. 加 速 期 開 始 時 運 動 學 參 數 變 異 係 數 A N O VA 一 覽 表 . . . 6 4. 表. 19. 球 離 手 時 運 動 學 參 數 平 均 值 A N O VA 一 覽 表 . . . . . . . . 6 6. 表. 20. 球 離 手 時 運 動 學 參 數 變 異 係 數 值 A N O VA 一 覽 表 . . 6 7. 表. 21. E M G 最 大 值 A N O VA 一 覽 表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1. 表. 22. E M G 變 異 係 數 A N O VA 一 覽 表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2. 表. 23. 肱 三 頭 肌 E M G 特 徵 值 A N O VA 一 覽 表 . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4. 表. 24. 肱 三 頭 肌 E M G 變 異 係 數 值 A N O VA 一 覽 表 . . . . . . . . . 7 4. V.
(7) 表. 25. 文 獻 球 速 對 照 表 ............................................. 76. 表. 26. 文 獻 步 長 對 照 表 ............................................. 77. 表. 27. 膝 關 節 屈 曲 角 度 文 獻 對 照 表 ............................. 78. 表. 28. 肘 關 節 屈 曲 角 度 文 獻 對 照 表 ............................. 78. 表. 29. 肩 關 節 外 展 角 度 文 獻 對 照 表 ............................. 79. 表. 30. 肩 關 節 水 平 內 收 角 度 文 獻 對 照 表 ....................... 79. VI.
(8) 圖目錄 圖. 1. 二 縫 線 直 球 握 球 方 法 ......................................... 5. 圖. 2. 四 縫 線 直 球 握 球 方 法 ......................................... 6. 圖. 3. 曲 球 握 球 方 法 ................................................... 6. 圖. 4. 滑 球 握 球 方 法 ................................................... 7. 圖. 5. 變 速 球 （ OK 球 ） 握 球 方 法 ................................. 8. 圖. 6. 變 速 球 （ 五 爪 蘋 果 球 ） 握 球 方 法 ......................... 8. 圖. 7. 指 叉 球 握 球 方 法 ................................................ 9. 圖. 8. 投 球 動 作 流 程 .................................................. 11. 圖. 9. EMG 電 極 片 .................................................... 27. 圖. 10. EMG 訊 號 集 線 盒 ............................................ 28. 圖. 11. EMG 訊 號 處 理 器 ............................................ 28. 圖. 12. CCD（ 正 面 ） ................................................ 29. 圖. 13. CCD（ 背 面 ） ................................................ 29. 圖. 14. VICON 視 訊 處 理 器 ......................................... 29. 圖. 15. 反 光 球 標 誌 ................................................... 30. 圖. 16. 反 光 球 三 角 架 ................................................ 30. 圖. 17. 實 驗 室 場 地 配 置 圖 .......................................... 30. 圖. 18. 擋 網 ............................................................. 31. 圖. 19. 實 驗 投 擲 用 球 ................................................ 31. 圖. 20. 反 光 標 誌 點 黏 貼 部 位 示 意 圖 ............................. 37. 圖. 21. 步 長 ............................................................. 40. 圖. 22. 前 導 腳 膝 關 節 屈 曲 角 度 ................................... 41. 圖. 23. 軀 幹 旋 轉 角 度 ................................................ 41. 圖. 24. 肘 關 節 屈 曲 角 度 ............................................. 42. VII.
(9) 圖. 25. 肩 關 節 外 展 角 度 ............................................. 42. 圖. 26. 肩 關 節 水 平 內 收 角 度 ....................................... 43. 圖. 27. 肩 關 節 內 旋 角 度 ............................................. 43. 圖. 28. 軀 幹 前 傾 角 度 ................................................ 44. 圖. 29. 實 驗 流 程 圖 ................................................... 46. 圖. 30. 前 導 腳 膝 關 節 屈 曲 角 度 ................................... 51. 圖. 31. 軀 幹 旋 轉 角 度 ................................................ 52. 圖. 32. 肘 關 節 屈 曲 角 度 ............................................. 53. 圖. 33. 肩 關 節 外 展 角 度 ............................................. 54. 圖. 34. 肩 關 節 水 平 內 收 角 度 ....................................... 55. 圖. 35. 肩 關 節 內 旋 角 度 ............................................. 56. 圖. 36. 軀 幹 前 傾 角 度 ................................................ 57. 圖. 37. EMG 訊 號 線 性 封 波 ......................................... 69. 圖. 38. 肱 三 頭 肌 EMG 特 徵 值 ..................................... 69. VIII.
(10) 第壹章 第一節. 緒論 研究背景. 旅美棒球好手王建民，這幾年在美國職業棒球大聯盟傑 出 的 表 現，激 起 了 台 灣 人 民 再 一 次 的 對 棒 球 運 動 的 熱 情，2 0 0 6 年在卡達杜哈的亞運會，中華隊拿下了亞運歷史上第一面棒 球項目的金牌，更讓我們以台灣的棒球為榮。我國在奧運比 賽項目之中，棒球為最有希望奪下獎牌的項目之一，由此可 見，棒球對於現今台灣的體育運動有著不可或缺的重要性。 一個優秀的運動選手，除了要有強健的生理狀態、穩定 的心理素質，還要有熟練的技術能力。在棒球比賽中，使比 賽獲勝的要素，除了球員打擊得分及守備的能力、教練的戰 術 應 用 之 外 ， 最 重 要 占 大 部 份 因 素 的 ， 便 是 投 手 的 表 現 ( Wa l t e r , 2 0 0 2 ) ， 投 手 的 表 現 經 常 是 控 制 整 場 比 賽 的 關 鍵 （ 楊 賢 銘 、 林 華 韋 、 王 琦 正 、 中 本 茂 樹 ， 1 9 9 9 ）， K i n d a l l ( 1 9 9 3 ) 就 指 出 ， 在 一 場 棒 球 比 賽 中 ， 投 手 就 操 縱 60-75%的 勝 利 因 素 ， 然而為了成為一位優秀的棒球投手，大部分的投手需要不斷 的練習，以期望能持續的產生高球速，但又要避免因肩關節 及 肘 關 節 的 過 度 負 荷 ， 而 導 致 運 動 傷 害 的 產 生. (Stodden,. Fleisig, McLean, & Andrews, 2005)。 在棒球比賽中，投手主要以直球和其他變化球路搭配使 用，因此快速的直球或者是犀利的變化球，便是成為一位優 秀選手的必要條件之一。過去已有許多學者針對投手投擲不 同 球 路 時 的 動 作 做 分 析 ， Escamilla,. Fleisig,. Barrentine,. Zheng, 與 Andrews (1998) 以 運 動 學 參 數 ， 分 析 投 手 在 投 擲. 1.
(11) 直球 球. ( fa s t b a l l )、 變 速 球. (change- up)、 曲 球. (curveball)、 滑. (slider) 等 變 化 球 時 動 作 的 特 性 ， 發 現 在 投 擲 不 同 的 變 化. 球時，大部份的肩關節和肘關節的運動學參數變化，皆有顯 著的差異，其中直球和變速球的差異最大，從前導腳觸地到 球出手，膝關節屈曲的角度變化，直球僅有 2 度，投擲變速 球 則 有 13 度 的 變 化；在 加 速 期 時，投 擲 直 球 的 肩 關 節 最 大 內 旋 角 速 度. (7550°/ 秒 ). 明 顯 大 於 變 速 球. (6680°/ 秒 ) 。. Barrentine, Matsuo, Escamilla, Fleisig, 與 Andrews (1998) 針 對 投 擲 不 同 變 化 球 時 ， 腕 關 節 及 前 臂 的 運 動 學 參 數 作 探 討，研究結果顯示，投擲曲球時，前臂最大旋前角度最大， 可 達 32 度 。 Fleisig 等. (2006) 以 21 位 健 康 的 大 學 投 手 作 為 受 試 者，. 分 析 投 手 投 擲 四 種 變 化 球（ 直 球 、 曲 球 、 變 速 球 、 滑 球 ）時 ， 結果發現投擲變速球時的關節力矩，比其它三種變化球小， (111N.m) 和 肘 關 節 內. 而直球有最大的肩關節水平外展力矩 翻 力 矩. (82N.m)， 投 曲 球 時 ， 肘 關 節 的 屈 曲 力 矩. (41 N.m). 較 投 變 速 球 時 大 。 Sisto, Jobe, Moynes, 與 Antonelli (1987) 以 8 位大學投手投擲直球和曲球，分析投擲不同球路時上肢 肌 電 訊 號 的 差 異，發 現 橈 側 伸 腕 長 肌 longus) 及 橈 側 伸 腕 短 肌. (extensor carpi radialis. (extensor carpi radialis brevis) 在. 投 擲 曲 球 時 ， 活 動 的 程 度 有 所 增 加 。 Saito 等. (2001) 以 5 位. 大學投手為受試者，探討球速以及球路與肱二頭肌. (biceps. brachii)、 肱 三 頭 肌. (flexor. carpi. (triceps brachii)、 尺 側 屈 腕 肌. ulnaris) 、 旋 前 圓 肌. (flexor. carpi. (pronator. radialis) 、 伸 指 肌. communis) 及 尺 側 伸 腕 肌. teres) 、 橈 側 屈 腕 肌 (extensor. digitorum. (extensor carpi ulnaris) 等 肌 電 訊. 2.
(12) 號間的關係，發現旋前圓肌的訊號振幅在投擲直球時顯著大 於 投 擲 曲 球 的 時 候 ， 橈 側 屈 腕 肌 及 橈 側 伸 腕 肌 carpi radialis). (extensor. 的 肌 電 訊 號 在 球 速 增 加 時 ， 大 於 尺 側 的 肌. 群，由此可知，在投擲不同球路時，特定的肌肉活動程度將 增加，表示各種不同變化球所使用的肌肉並不一致。 一位優秀的棒球投手，除了必須持續的保持正確的姿勢 外 ， 也 必 須 將 每 一 次 投 球 姿 勢 的 差 異 減 至 最 小. (House,. 2 0 0 0 )， 無 論 要 投 何 種 球 路 ， 放 球 點 、 揮 臂 速 度 及 揮 臂 軌 跡 都 應 保 持 一 致 ， 才 不 致 於 被 打 者 識 破（ 莊 廷 玉 、 李 來 發 ， 2 0 0 7 ）。 但之前的研究結果顯示，投擲直球和變化球時的動作，是有 明顯的差異存在。另外一方面，無論是什麼運動項目，動作 的穩定性和一致性占了很重要的因素，正確一致的動作，可 以使運動表現持續發揮，對於棒球投手來說，正確且一致的 投球動作，可以使得球速持續維持，變化球容易控制，以及 有效的混淆打者去猜測球路。然而針對棒球投球動作的變異 性，過去鮮少學者有相關的研究，針對投擲不同球路時動作 變異性的探討，目前並沒有相關文獻探討。. 第二節. 研究目的. 本研究的目標在於藉由生物力學的研究方法，針對棒球 投手投擲變化球時，分析上肢運動學參數和特定肌肉的肌電 訊號，並運用統計方法加以比較，藉以提供教練及選手對於 投擲不同變化球時動作特性的了解，做為實際訓練時，指導 及修正動作的參考依據。因此，本研究的目的主要有二：. 3.
(13) 一、 探討及比較投擲不同的球路時，身體各部位之運動學參 數及投球側上肢之肌電訊號。 二、 探討及比較投擲不同的球路時，身體各部位運動學參數 及投球側上肢肌電訊號之變異性。. 第三節. 研究假設. 本研究的研究假設如下： 一、 所有的受試者皆在指示之下，盡力完成實驗中所需要操 作的動作。 二、 投手在投擲各種不同球路時，身體各部位的運動學參數 及投球側上肢的肌電訊號，會隨著其不同的球路而有所 不同的差異。 三、 投手在投擲各種不同化球路時，身體各部位的運動學參 數及投球側上肢的肌電訊號，會隨著其不同的球路而有 不同的變異性存在。. 第四節 一、 運動學. 名詞解釋. (kinematics). 探討人體的動作而不考慮起因的科學，主要在描述和量 化身體在空間的位置與時間之間的關係，如：位移、角度、 速度、加速度、角速度、角加速度等運動學參數。 二、 變異性. (variability). 表示團體中資料分散情形的性質。 三、 變化球. 4.
(14) 藉由不同的握球方法或不同的出手點，使得投出的球在 行進的方向或速度上產生改變，以混淆打擊者的特殊投球方 法，如：曲球、滑球、變速球、指叉球等，廣義上來說，若 一位投手的直球有速度上的變化，那也算是變化球的表現。 四、 直球. (fast ball). 為投手最基本且最常使用的球路，大聯盟投手的快速直 球 最 快 可 達 到 1 0 0 英 哩，握 法 還 可 分 為 二 縫 線 1) 和 四 縫 線. (four-seam)(圖 2) 兩 種 直 球 。. 圖. 1. 二縫線直球握球方法. 5. (two-seam)(圖.
(15) 圖. 五、 曲球. 2. 四縫線直球握球方法. (curveball). 球速較慢，球路軌跡為由上往下、大弧度曲線般的變化 球 ， 大 聯 盟 投 手 平 均 曲 球 時 速 約 68 至 72 英 哩 左 右. 圖. 3. 曲球握球方法. 6. (圖 3)。.
(16) 六、 滑球. (slider). 球路軌跡類似直球，但接近打擊者時卻會產生四到六英 吋偏移，讓打者感覺像滑走的變化球，大聯盟投手平均滑球 時 速 約 81 至 82 英 哩 左 右. 圖. 七、 變速球. 4. (圖 4)。. 滑球握球方法. (change-up). 變速球的特性並非球速上的改變，而是藉由握球方法的 不同使得球出手時機不同，讓打擊者對球揮擊時機產生混淆 的 變 化 球 ， 如 ： OK 球. (圖 5)、 五 爪 蘋 果 球. 7. (圖 6) 等 。.
(17) 圖. 圖. 八、 指叉球. 6. 5. 變 速 球 （ OK 球 ） 握 球 方 法. 變速球（五爪蘋果球）握球方法. (forkball). 握法為將球夾至食指與中指間，當球行進至本壘板時會 急速下墜的一種變化球. (圖 7)。. 8.
(18) 圖. 7. 指叉球握球方法. 9.
(19) 第貳章. 文獻探討. 本章節首先將棒球投手投球動作稍作簡述，接著針對在 生 物 力 學 領 域 中 的 運 動 學 分 析 (kinetics) 、 肌 力 分 析. (kinematics) ， 動 力 學 分 析. (muscle strength) 及 肌 電 訊 號 分 析. (electromyographic, EMG) 做 整 理 及 探 討 。. 第一節. 棒球投球動作簡述. 棒球投球的動作，以生物力學的角度來區分，主要可分 為 六 個 時 期，包 括 預 備 期 p h a s e )、 上 肢 後 擺 期. ( w i n d - u p p h a s e )、 腳 觸 地 期. ( a r m c o c k i n g p h a s e )、 上 肢 加 速 期. acceleration phase)、 上 肢 減 速 期 跟隨動作期. phase) 、 加 速 期. (deceleration)、 投 擲 後 期. (arm. (arm deceleration phase)、. (follow through phase) (Fleisig 等. 也 有 將 投 球 分 期 只 分 為 準 備 期 (cocking. (stride. , 1 9 9 6 )， 另 外. (wind-up phase) 、 跨 步 期. (acceleration. phase) 、 減 速 期. (follow through) 五 個 時 期 的 分 期. 方 法 （ 中 華 民 國 體 育 學 會 ， 2 0 0 0 ）。. 10.
(20) 8. 圖. 投球動作流程如圖. 投球動作流程. 8， 預 備 期 為 投 擲 動 作 的 一 開 始 ， 手. 擺在起始位置，兩腳著地，呈現最自然輕鬆的姿勢，接著前 導腳開始慢慢抬起，支撐腳維持身體平衡，但上半身的動作 沒有太大的變化，身體的重心仍維持不變，直到前導腳的膝 關節抬至最高點。當膝關節抬至最高點後，腳觸地期開始， 前 導 腳 開 始 向 前 方 跨 出 ， 支 撐 腳 從 維 持 平 衡 轉 變 為 向 前 推 蹬，投球手開始做水平外展，將肩關節伸展到最大，身體重 心開始向前轉移，最後前導腳觸地，腳尖向前，投球側肩關 節 呈 現 外 展 90°的 狀 態 ， 此 約 為 整 個 動 作 時 程 的 40％ 。 前 導 腳觸地後，上肢後擺期開始，上半身軀幹及骨盆開始向前旋 轉，肩 關 節 開 始 外 旋. ( s h o u l d e r e x t e r n a l r o t a t i o n )， 重 心 持 續. 向前移動，直到軀幹轉至正面，肩關節外旋角度達到最大值 時，上肢後擺期結束。 當上肢加速期開始，大約在整個投球動作時程的. 80％. 時，自肩關節最大外旋角度，開始產生內旋動作，同時肘關 節開始伸展. (elbow extension)， 上 半 身 軀 幹 開 始 前 傾 ， 上 肢. 11.
(21) 加 速 期 結 束 時 ， 肩 關 節 最 大 內 旋 角 速 度 可 達 到 7600°/秒 ， 同 時 肘 關 節 最 大 伸 展 角 速 度 可 達 到 2400°/秒. (Loftice, Fleisig,. Z h e n g , & A n d r e w s , 2 0 0 4 )。 當 球 出 手 之 後 ， 上 肢 減 速 期 開 始 ， 動作開始變慢，上半身軀幹持續前傾，肩關節達到最大的內 旋角度. ( S a b i c k , To r r y, K i m , & H a w k i n s , 2 0 0 4 )， 肘 關 節 持 續. 做伸直的動作，身體的重心轉移至前導腳。最後的跟隨動作 期，肩關節持續內旋及減速，重心完全放至前導腳，直到整 個投擲動作結束。 當投手投球時，過度的伸展、極快速的角速度、強大的 關 節 作 用 力 矩 及 使 用 的 過 度. (Aguinaldo,. Buttermore,. &. Chambers, 2007)， 是 造 成 投 手 運 動 傷 害 的 主 要 因 素 ， 而 加 速 期所產生的外翻力矩對肘關節的影響，也是投手運動傷害的 主要原因之一. (Matsuo, Fleisig, Zheng, & Andrews, 2006;. We r n e r , M u r r a y , H a w k i n s , & G i l l , 2 0 0 2 )。 因 此 ， 除 了 S a b i c k , To r r y, L a w t o n , 與 H a w k i n s ( 2 0 0 4 ) 建 議 限 制 投 球 的 局 數 和 球 數之外，投手應該增加肩關節及肘關節等部位的肌力及柔軟 度，以抵抗強大的作用張力，避免運動傷害的發生. (Stodden. 等 ,2005)。. 第二節. 運動學之相關文獻. 運動學在生物力學領域中，主要是以探討關節角度、角 速度及角加速度的變化，配合時間空間參數，以了解關節在 活動時的狀態和特性。藉由運動學分析，我們可以了解投手 在投球動作時，關節活動角度的變化和特性，過去的文獻針 對投手的運動學分析，已多有探討. 12. (Cook, & Strike, 2000;.
(22) Escamilla,. Fleisig,. Zheng,. Barrentine,. &. Andrews,. 2001;. Fleisig, Barrentine, Zheng, Escamilla, & Andrews, 1999)。 關 於 球 速 與 運 動 學 參 數 的 關 係 ， Matsuo,. Escamilla,. Fleisig, Barrentine, 與 Andrews (2001) 曾 經 以 127 名 健 康 的 大 學 投 手 及 職 業 投 手 為 受 試 者，將 1 2 個 運 動 學 參 數 和 9 個 時 間參數作分析，藉以比較球速較快和較慢的投手，運動學參 數及時間參數的不同，發現球速較慢的投手，前導腳膝關節 的 最 大 屈 曲 角 速 度. (maximum. lead. knee. velocity) (260°/秒 ) 明 顯 大 於 球 速 快 的 投 手. flexion. angular. ( 1 6 1 ° / 秒 )， 而 球. 速 較 快 的 投 手 則 有 相 當 大 的 肩 關 節 外 旋 角 度. (179°) 。. St o d d e n , F l e i s i g , M c L e a n , Ly m a n , 與 A n d r e w s ( 2 0 0 1 ) 以 7 位 職業、9 位大學及 3 位高中的健康投手探討骨盆和上半身軀 幹位置對投球球速的關係，發現當球速增加時，在投擲側肩 關節產生最大外旋時，上半身軀幹和骨盆的旋轉角度會有增 加的現象，此外，在上肢後擺期的骨盆平均速度，以及上肢 加速期時，上半身軀幹的平均速度，都會隨著球速的增快而 增加。 在 不 同 國 家 的 棒 球 投 手 之 比 較 上 ， Escamilla, Fleisig, Barrentine, Andrews, 與 Moorman (2002) 分 析 11 位 美 國 與 8 位韓國的職棒投手的運動學特性，藉以了解兩種不同人種的 棒球投手，在力學表現上的不同，結果顯示在腳觸地期，美 國投手有明顯較大的肩關節水平外展，而韓國投手則有較大 的肩關節外展和外旋；上肢後擺期時，美國投手顯示出較大 的 最 大 肩 關 節 外 旋 ， 和 較 大 的 最 大 骨 盆 角 速 度. (maximum. pelvis a ngular velocity)； 當 球 出 手 瞬 間 ， 美 國 投 手 的 軀 幹 向 前傾斜角度較大，球速也較快，以及較小的膝關節屈曲，這. 13.
(23) 解 釋 了 美 國 投 手 的 球 速，為 什 麼 比 韓 國 投 手 的 球 速 快 10％ 的 原因。以上這些影響球速的關節位置，在投手訓練的動作調 整上，或許可以提供教練一些有效的參考訊息，經由適當的 調整投手關節位置，以產生更高球速的投球表現。 對 於 不 同 球 路 的 運 動 學 差 異 上 ， Escamill 等. (1998) 以. 16 位 大 學 投 手 投 球 動 作 的 運 動 學 參 數，分 析 投 手 在 投 擲 直 球 (fastball) 、 變 速 球. (change-up) 、 曲 球. (curveball) 、 滑 球. (slider) 等 變 化 球 時 動 作 的 特 性 ， 發 現 在 投 擲 不 同 的 變 化 球 時，大部份的肩關節和肘關節的運動學參數變化，皆有顯著 的差異，其中直球和變速球的差異最大，從前導腳觸地到球 出手，膝關節屈曲的角度變化，直球僅有 2 度，投擲變速球 則 有 13 度 的 變 化；在 加 速 期 時，投 擲 直 球 的 肩 關 節 最 大 內 旋 角速度 等. (7550°/秒 ) 明 顯 大 於 變 速 球. (6680°/秒 )。 Barrentine. (1998) 以 8 位 大 學 的 棒 球 投 手 針 對 投 擲 不 同 變 化 球 時 ，. 腕關節及前臂的運動學參數作探討，研究結果顯示，投擲曲 球 時 ， 前 臂 最 大 旋 前 角 度 最 大 ， 可 達 32 度 ， 但 是 投 擲 直 球 和 變速球時，腕關節和前臂的運動學參數並沒有差異。由以上 這二篇文獻可知，對於直球和變速球投擲的差異上，主要發 生於肩關節及肘關節的位置變化，和前臂及腕關節的活動較 無相關，這些與球路相關的關節位置上的差異，也可以提供 打擊者對於投手投球預測的參考訊息。 不 同 年 齡 或 經 驗 的 投 手 ， 在 運 動 學 表 現 上 亦 會 有 所 差 異 ， D u n , F l e i s i g , L o f t i c e , K i n g s l e y, 與 A n d r e w s ( 2 0 0 7 ) 探 討 年 齡 對 職 業 棒 球 投 手 的 影 響，將 6 7 名 職 棒 投 手 高 於 平 均 年 齡 一 個 標 準 差 的 12 名 投 手 分 為 老 年 組 ， 以 及 10 名 低 於 平 均 年 齡 一 個 標 準 差 的 投 手 分 為 年 輕 組，以 18 個 運 動 學 參 數，比 較. 14.
(24) 兩組動作上的不同，發現老年組的投手，在上肢後擺期有較 小的肩關節外旋，球離手時前導腳膝關節有較多的屈曲，並 且身體傾斜的角度較小，但是在球速和身體肢段速度的變異 上，老 年 組 和 年 輕 組 之 間 沒 有 差 異。Murata (2001) 則 將 依 照 隊上教練意見和投手的球速及臨場表現，將 6 位社會人球隊 投手和 3 位高中棒球投手分為熟練組. (skilled) 和 不 熟 練 組. (unskilled)， 以 探 討 投 球 時 ， 非 投 球 側 肩 關 節 動 作 的 異 同 ， 及與球速之間的關係，結果發現熟練組的投手，非投球側肩 關節的動作比不熟練組的投手小，而且較小的動作一樣可以 產生較快的球速。表示球齡較久的投手，在身體動作較小與 較不費力的情形下，一樣可以運用技巧達到高球速。 棒球投手投球之運動學相關文獻整理如表. 1， 由 以 上 運. 動學相關的研究文獻可知，投擲不同球路時，運動學參數的 變化也有所不同，當球速增加時，肩關節、肘關節、軀幹和 骨盆的角度及角速度也隨之增加，若增加投手投球時的肩關 節最大外旋與水平外展角度、上半身軀幹和骨盆旋轉角度與 角速度，則明顯有利於球速的增加；在投手投擲直球和變速 球時，雖然肩關節和肘關節角度的變化差異較大，但前臂和 腕 關 節 位 置 並 沒 有 明 顯 差 異 ； 對 於 有 經 驗 或 是 較 熟 練 的 投 手，雖然投球時身體動作較小，但同樣可以利用技巧產生高 球速。因此對於打擊者而言，也許可以藉由投手在投球時， 動 作 上 些 微 的 不 同，預 先 推 測 投 手 所 要 投 的 球 路；另 一 方 面 ， 教練或投手，亦可藉由運動學參數的變化，了解哪些關節角 度與速度是增加球速的主要影響因子，並可以實際應用於投 手訓練上。. 15.
(25) 表. 1. 棒球投手投球之運動學相關文獻整理. 作 者 、 年 Barrentine 等. 受 試 者 8 位 大 學 投 手. (1998). 目 的. 主 要 結 果. 探 討 不 同 球 路 之 腕 關. 各 球 路 間 有 顯 著 的 差. 節 及 前 臂 運 動 學 探. 異 ， 但 投 擲 直 球 和 變 速. 討 。. 球 ， 腕 關 節 和 前 臂 運 動 學 參 數 差 異 最 小 。. Escamilla 等. 16 位 大 學 投 手. 探 討 不 同 球 路 之 上 肢. 肩 關 節 、 肘 關 節 的 運 動 學. 關 節 角 度 變 化 。. 參 數 ， 有 顯 著 差 異 ， 直 球. (1998). 和 變 速 球 差 異 最 大 ， 直 球 和 滑 球 差 異 最 小 。. Fleisig 等 (1999). 23 位 青 少 年 、. 調 查 不 同 層 級 投 手 在. 不 同 層 級 選 手 間 ， 肘 關 節. 33 位 高 中 生 、. 運 動 學 、 動 力 學 及 時. 屈 曲 等 6 個 運 動 學 參 數 及. 115. 間 參 數 間 的 差 異 。. 位 大 學 生. 及 60 位 職 業 投. 肘 關 節 外 翻 力 矩 等 8 個 動 力 學 參 數 有 所 差 異 。. 手 Escamilla 等. (2001). Matsuo 等. 8 國 共. 48 位 參. 加 1996 奧 運 投. 不 同 國 家 投 手 運 動 學. 各 國 投 手 肩 關 節 水 平 外. 參 數 之 探 討 。. 展 、 水 平 外 旋 、 球 速 有 明. 手. 顯 差 異 。. 大 學 和 職 業 共. 探 討 快 球 速 組 與 慢 球. 球 速 快 者 肩 關 節 外 旋 較. 127 位 投 手. 速 組 之 運 動 學 差 異 。. 大 ， 前 導 腳 膝 關 節 最 大 屈. (2001). Murata (2001). 曲 角 速 度 較 小 。. 6. 位 社 會 人 球. 探 討 熟 練 程 度 對 投 擲. 熟 練 組 的 投 手 ， 非 投 球 側. 3 位. 時 非 投 球 側 肩 關 節 動. 肩 關 節 的 動 作 較 小 ， 而 且. 作 的 影 響 。. 較 小 的 動 作 一 樣 可 產 生. 隊 投 手 及. 高 中 生 投 手. 高 球 速 。. Stodden 等 (2001) Escamilla 等. (2002). 7 位 職 業 、 9 位. 研 究 骨 盆 和 軀 幹 關 節. 球 速 增 加 ， 骨 盆 和 上 軀 幹. 大 學 及. 角 度 與 球 速 間 的 關. 的 角 度 和 速 度 隨 之 增 加 。. 3 位 高 中 投 手. 係 。. 11 位 美 國 職 棒. 不 同 人 種 投 手 之 運 動. 球 出 手 時 ， 美 國 投 手 的 軀. 學 及 動 力 學 探 討 。. 幹 前 傾 角 度 較 大 ， 球 速 也. 投 手 與. 8 位 韓. 國 職 棒 投 手. 較 快 ， 以 及 較 小 的 膝 關 節 屈 曲 。. Dun 等. 67 位 職 棒 投 手. 分 析 年 紀 對 投 球 時 的. 老 年 組 投 手 動 作 較 小 ， 但. 關 節 角 度 之 影 響 。. 球 速 沒 有 差 異 。. (2007). 16.
(26) 第三節. 動力學之相關文獻. 生物力學領域中的動力學，主要是探討關節在活動時， 關節力矩的產生，以及力量大小與方向的變化。藉由動力學 分析投手投球時的動作，可以了解投球時，身體各部位關節 作用力的變化，進一步可推估引起運動傷害的機轉。此外， 關節力矩和肌肉所產生力量，與球速有密切的關聯存在，過 去的文獻中，已有許多針對棒球投手投球相關的動力學研究 ( S a b i c k , To r r y, K i m , 與 H a w k i n s , 2 0 0 4 ) 。 以 下 各 段 針 對 動 力 學的各個可能影響因子作綜合整理。 在 不 同 層 級 投 手 的 動 力 學 分 析 上 ， Fleisig, Barrentine, Zheng, Escamilla, 與. Andrews, (1999) 曾 以 以 不 同 比 賽 層 級. (competition level) 的 投 手 ， 包 括 23 位 青 少 年 、 33 位 高 中 、 115 位 大 學 、 與 60 位 職 業 的 投 手 ， 分 析 其 8 個 動 力 學 參 數 在 投 球 時 的 差 異，發 現 高 層 級 的 投 手，在 上 肢 後 擺 期 和 加 速 期 ， 有較大的關節力矩產生，而關節力矩值，隨著運動層級的提 高，有顯著的增加，然而，這也表示較高層級的棒球投手， 也 有 較 大 的 受 傷 風 險 。 Aguinaldo, Buttermore, 與. Chambers. (2007) 以 6 位 職 業 、 11 位 大 學 、 12 位 高 中 和 9 位 青 少 年 的 投手，探討其上半身軀幹旋轉，與肩關節力矩之間的關係， 發現職業選手的上半身，在投球時開始旋轉的時機，發生在 整個投球動作時程的. 34％ ， 較 其 他 層 級 的 投 手. (14%) 明 顯. 的 要 晚 了 20％ ， 並 且 有 較 少 的 上 半 身 旋 轉 力 矩 ， 這 使 得 職 業 選手能更有效率的使用身體來產生動量，並且同時減少肩關 節的負擔。 不 同 國 家 之 投 手 於 動 力 學 參 數 也 不 盡 相 同，E s c a m i l l a 等. 17.
(27) (2002) 以 11 位 美 國 與 8 位 韓 國 的 職 棒 投 手 ， 比 較 美 韓 投 手 動力學參數，美國投手在上肢後擺期，有較高的最大肩關節 內旋力矩和最大肘關節內翻力矩，加速期有較高的肘關節屈 曲力矩，以幫助產生高球速，但相對的也容易形成肩關節和 肘 關 節 的 負 荷。另 外，在 探 討 與 球 速 最 相 關 的 動 力 學 參 數 上 ， Stodden 等. (2005) 探 討 19 名 大 學 棒 球 投 手 的 投 球 動 作 ， 分. 析動力學參數與球速之間的關係，其中肘關節屈曲力矩、肩 關節近端力量與肘關節近端力量和增加球速有明顯正相關。 表示投高球速時，這些上肢關節所承受的力量與力矩也隨之 增加，伴隨著可能受傷的風險也跟著提高。 在 不 同 球 路 之 動 力 學 研 究 中 ， Fleisig 等. (2006) 以. 21. 位 大 學 投 手 作 為 受 試 者，分 析 投 手 投 擲 四 種 變 化 球 （ 直 球 、 曲 球、變 速 球、滑 球 ） 時，結 果 發 現 投 擲 變 速 球 時 的 關 節 力 矩，比其它三種變化球小，而直球有最大的肩關節水平外展 力矩. (111N.m) 和 肘 關 節 內 翻 力 矩. 關節的屈曲力矩. (82N.m)， 投 曲 球 時 ， 肘. (41N.m) 較 投 變 速 球 時 大 。 由 此 可 知 ， 擅 長. 不同球路的投手，為了儘可能減低運動傷害發生的風險，肌 力訓練時所應強調訓練的肌群亦不同。例如擅長投曲球的投 手，在肌力訓練上，應該加強肘屈肌的訓練，以因應投球時 高強度的肘屈曲力矩。 Xue 與. Masuda (1997) 分 析 12 位 日 本 職 業 投 手 的 投 球. 動作，發現在快速的投擲動作中，肩關節的功能像是一個重 要的支點，支撐著加速期投球的上肢，為了讓投球的動作完 美且預防肩關節的損傷，避免關節部位過度的壓力和剪力， 以及增強肌肉活動的協調性是相當重要的。因此，藉由以上 和 動 力 學 相 關 的 研 究 可 知 （ 表 2 ）， 產 生 較 高 的 球 速 時 ， 關 節. 18.
(28) 力矩也相對的提高，對於不同的變化球，也會造成關節負荷 的不同，教練和選手應在增加球速時，也注意關節力矩的增 加所帶來的負擔，並配合適當的肌力訓練計畫，以免造成運 動傷害。. 表. 2. 棒球投手投球之動力學相關文獻整理. 作 者、年 代 Xue 等. 受 試 者 12 位 職 業 投 手. (1997). 目 的. 主 要 結 果. 探 討 肩 關 節 在 快 速. 在 快 速 的 投 擲 動 作 中 ， 肩. 投 擲 動 作 時 的 生 物. 關 節 的 功 能 像 是 一 個 重. 力 學 機 轉 。. 要 的 支 點 ， 支 撐 著 加 速 期 投 球 的 上 肢 。. Fleisig 等 (1999). 23 位 國 中 生、33. 研 究 不 同 層 級 投 手. 不 同 層 級 選 手 間 ， 肘 關 節. 位 高 中 生 、 115. 在 運 動 學、動 力 學 及. 屈 曲 等 6 個 運 動 學 參 數 及. 位 大 學 生 及. 時 間 參 數 間 的 差 異 。. 60 位 職 業 投 手 Escamilla 等 (2002). 11. 肘 關 節 外 翻 力 矩 等 8 個 動 力 學 參 數 有 所 差 異 。. 位 美 國 職 棒. 調 查 不 同 人 種 投 手. 美 國 投 手 有 較 高 關 節 力. 投 手 與 8 位 韓 國. 之 運 動 學、動 力 學 及. 矩 ， 以 幫 助 產 生 高 球 速 ，. 職 棒 投 手. 時 間 參 數 探 討 。. 但 也 容 易 造 成 肩 關 節 和. 25 位 職 棒 投 手. 探 討 肱 骨 力 矩 造 成. 當 肩 關 節 最 大 外 旋 時 肱. 投 手 骨 折 的 原 因 。. 骨 力 矩 最 大 ， 最 容 易 發 生. 肘 關 節 受 傷 的 機 率 。 Sabick 等 (2004) Stodden 等. 骨 折 。 19 位 大 學 投 手. 探 討 球 速 和 投 球 時. 發 現 肘 關 節 屈 曲 力 矩 、 肩. 力 學 參 數 的 關 係 。. 關 節 近 端 力 量 與 肘 關 節. (2005). 近 端 力 量 和 增 加 球 速 有 明 顯 的 相 關 。. Fleisig 等. 21 位 大 學 投 手. (2006). 分 析 投 手 投 擲 變 化. 投 擲 變 速 球 時 動 力 學 參. 球 時，肘 關 節 與 肩 關. 數 較 小 ， 直 球 有 較 大 的 肩. 節 的 動 力 學 參 數 是. 關 節 水 平 外 展 力 矩 和 肘. 否 有 所 差 異 。. 關 節 內 翻 力 矩 ， 投 曲 球 時 ， 肘 關 節 的 屈 曲 力 矩 較 投 變 速 球 時 大 。. Aguinaldo 等. (2007). 6 位 職 業 、 11 位. 探 討 投 球 時 身 體 旋. 職 業 選 手 上 半 身 旋 轉 的. 大 學、12 位 高 中. 轉 對 肩 關 節 力 矩 的. 時 機 ， 較 其 他 層 級 的 投 手. 生 及 9 位 國 中 生. 影 響 。. 明 顯 的 要 晚 ， 並 且 有 較 少. 投 手. 的 旋 轉 力 矩 。. 19.
(29) 第四節. 肌力之相關文獻. 肌力為運動員基本體能要素之一，肌力也和運動表現有 著正向的關係，對於棒球投手而言，肌力的強弱與是否能投 出高球速，及避免因強大作用力而造成的運動傷害，有著密 切 的 關 係. (Stodden. 等 , 2 0 0 5 ) 。 M i k e s k y,. Edwards,. Wi g g l e s w o r t h 與 K u n k e l ( 1 9 9 5 ) 檢 測 2 5 名 大 學 棒 球 投 手 肩 關節及肘關節的等速肌力值，發現無論是肩關節或肘關節的 離 心 力 矩 ， 都 明 顯 的 高 於 向 心 力 矩 。 Donatelli, Ellenbecker, E k e d a h l , Wi l k e s , K o c h e r, 與 A d a m ( 2 0 0 0 ) 比 較 3 9 名 職 業 棒 球投手的肩關節肌力強度，在投球側和非投球側上的異同， 結果顯示，投球側的內旋肌肌力 投球側的內旋肌肌力. (18.2N.m)， 明 顯 的 大 於 非. (17.4N.m)。 另 外 ， 對 於 投 手 不 同 肌 群. 之 肌 力 比 較 ， H u a n g , We i , C h i , 與. Chang (2005) 探 討 成 棒. （ 1 9 至 2 4 歲 ）、 青 棒 （ 1 6 至 1 8 歲 ）、 青 少 棒 （ 1 3 至 1 5 歲 ） 及 少 棒 （ 9 至 12 歲 ） 各 20 名 的 投 手 ， 肩 關 節 的 內 旋 肌 和 外 旋肌之等速肌力和肌耐力的比較，結果顯示，外旋肌和內旋 肌 力 比 的 範 圍 在 0.71 到 0.77 之 間 ， 表 示 內 旋 肌 的 肌 力 普 遍 大於外旋肌的肌力，此外，和成年投手相比，青年與青少年 的外旋肌肌力和肌耐力較弱，因此對於青年及青少年投手， 外旋肌的訓練應為需特別強調之處。 對 於 肌 力 與 球 賽 前 後 或 球 季 前 後 的 關 係 ， Hayashida 與 Nakagawa (2005) 探 討 高 中 投 手 肩 關 節 外 展 肌 的 肌 力 和 球 速，經 過 19 場 比 賽 後 變 化 的 情 形，發 現 肩 關 節 外 展 肌 的 肌 力 和 球 速 都 有 所 下 降 。 M u l l a n e y,. McHugh,. Donofrio,. 與. Nicholas (2005) 調 查 平 均 每 7 局 投 球 數 99 球 的 投 手 ， 在 一. 20.
(30) 個短暫賽程. (19 場 ) 前 後 ， 投 手 肌 力 的 變 化 情 形 ， 結 果 發 現. 整體的肌力數值，在賽程後都呈現下降情形，肩關節屈肌肌 力 下 降 了 15％，內 旋 肌 肌 力 下 降 了 18％，肩 關 節 外 展 肌 下 降 了 11％ ， 這 表 示 對 於 棒 球 投 手 而 言 ， 應 重 視 肌 力 訓 練 的 重 要 性，尤 其 在 內 旋 肌 和 外 展 肌 肌 群 的 肌 力，以 維 持 較 高 的 球 速 ， 和應付比賽時對關節所造成的負擔。棒球投手投球之肌力相 3， 根 據 相 關 文 獻 可 知 ， 肌 力 對 投 球 動 作 的. 關文獻整理如表. 重要性，經過比賽之後，肩關節肌力有明顯下降的趨勢，並 且年紀較輕的選手的肌力和肌耐力明顯較弱。. 表. 3. 棒球投手投球之肌力相關文獻整理. 作 者、年 代 Mikesky 等. 受 試 者. 目 的. 主 要 結 果. 25 名 大 學 投 手. 檢 測 肩 關 節 與 肘 關 節. 無 論 肩 或 肘 關 節 ， 離 心 力. 二 側 離 心 與 向 心 肌. 矩 皆 高 於 向 心 力 矩 。. (1995) Donatelli 等. 力 。 39 名 職 棒 投 手. (2000) Hayashida 等. 日 本 高 中 投 手. (2005). 比 較 投 球 側 和 非 投 球. 投 球 側 的 內 旋 肌 肌 力 明 顯. 側 的 肩 關 節 肌 力 強. 大 於 非 投 球 側 的 內 旋 肌 肌. 度 。. 力 。. 高 中 投 手 肩 關 節 外 展. 肩 關 節 外 展 肌 的 肌 力 和 球. 肌 的 肌 力 和 球 速 在 經. 速 都 明 顯 下 降 。. 過. 19. 場 比 賽 後 的 變. 化 情 形 。 Huang 等 (2005). 80 位 年 齡 介 於. 肩 關 節 的 內 旋 肌 和 外. 內 旋 肌 的 肌 力 普 遍 大 於 外. 10 至. 旋 肌 之 等 速 肌 力 和 肌. 旋 肌 的 肌 力 ， 青 少 年 與 少. 手. 耐 力 的 比 較 。. 年 的 外 旋 肌 肌 力 和 肌 耐 力. 13 位 大 學 或 小. 調 查 經 過 短 暫 賽 程 之. 肩 關 節 屈 肌 、 內 旋 肌 及 外. 聯 盟 投 手. 後 肌 力 的 變 化 。. 展 肌 皆 下 降 。. 23 歲 投. 明 顯 較 弱 。 Mullaney 等 (2005). 21.
(31) 第五節 肌 電 訊 號. 肌電訊號之相關文獻. (electromyographic, EMG) 表 示 肌 肉 在 活 動. 時 所 產 生 的 電 訊 號，可 用 來 測 定 動 作 中 肌 肉 活 動 的 情 形。J o b e , Ti b o n e , P e r r y, 與 M o y n e s ( 1 9 8 3 ) 以 五 位 投 手 分 析 投 球 時 三 角肌. (deltoid muscle) 及 旋 轉 肌. (rotator cuff muscle) EMG. 訊號在投球動作不同分期時的活動情形，發現在球離手後的 跟隨動作期，肌肉活動的強度最高，表示這些肌肉對於球離 手 後 的 減 速 動 作 ， 扮 演 著 重 要 的 角 色 ， 另 外. Jobe, Tibone,. P e r r y, 與 M o y n e s ( 1 9 8 4 ) 以 四 位 職 棒 投 手 為 受 試 者 ， 更 進 一 步的針對肱二頭肌、肱三頭肌、胸大肌 闊背肌 肌. (latissimus dorsi)、 前 鋸 肌. (pectoralis major)、. (serratus anterior) 及 肱. ( b r a c h i a l i s ) 等 上 肢 肌 肉 在 投 球 時 的 E M G 訊 號 做 分 析，發. 現在腳觸地時，肱二頭肌呈現出中等強度的訊號強度，在加 速期時，胸大肌、闊背肌、肱三頭肌及前鋸肌都呈現活動的 狀態，但是二頭肌卻是靜止的情形，最後的跟隨動作期，不 只是上肢肌肉做離心收縮以達到減速的時期，也使得肩關節 由身體後方轉至前方及肘關節伴隨著前臂旋前而伸展。因此 可知在不同時期，各自有不同的肌肉產生活動，尤其是在上 肢加速期及上肢減速期，肌肉活動的程度最大。 對 於 不 同 層 級 投 手 在 EMG 訊 號 上 的 比 較 ， Gowan, Jobe, Ti b o n e , P e r r y, 與 M o y n e s ( 1 9 8 7 ) 以 7 位 大 聯 盟 投 手 及 6 位 業 餘投手為受試者，比較. 12 條 肌 肉 的. 異，發 現 職 業 投 手 的 肩 胛 下 肌 度較高，但是棘上肌. EMG 訊 號 是 否 有 所 差. (subscapularis) 及 闊 背 肌 的 強. (supraspinatus)、 小 圓 肌. (teres minor). 和肱二頭肌只有小程度的活動，但是業餘的投手在加速期，. 22.
(32) 肱二頭肌及旋轉肌仍然顯著的活動著，表示職業投手在不同 動作時期，能較有效率的使用不同部位的肌肉，以達到較大 的 球 速 。 Ya m a n o u c h i ( 1 9 9 8 ) 以 1 0 位 高 中 棒 球 投 手 及 1 0 位 非棒球投手的對照組，探討投球時下肢肌肉. EMG 訊 號 的 特. 性，結果發現棒球投手髖關節的內收和外展肌有較大強度的 活動，尤其是內收肌，由此可知增強內收肌和其拮抗的外展 肌可影響到投球的表現。 對 於 投 擲 不 同 變 化 球 路 與 E M G 訊 號 的 變 化，S i s t o , J o b e , Moynes, 與 Antonelli (1987) 利 用 8 位 大 學 投 手 ， 分 析 投 擲 直球與曲球時，伸指肌、肱橈肌 肌、屈指淺肌. ( b r a c h i o r a d i a l s )、 橈 側 屈 腕. (flexor digitorum superficialis)、 橈 側 伸 腕 長. 肌、橈側伸腕短肌、旋前圓肌及旋後肌 肌肉的. (supinator) 等 前 臂. EMG 訊 號 ， 發 現 在 上 肢 後 擺 期 、 上 肢 加 速 期 及 跟 隨. 動作期時，橈側伸腕長肌與橈側伸腕短肌的活動訊號在投擲 曲 球 時 ， 比 在 投 擲 直 球 時 有 輕 微 的 增 加 ， 但 不 顯 著 ， Saito 等. (2001) 以 5 位 大 學 投 手 為 受 試 者 ， 探 討 球 速 以 及 球 路 與. 肱 二 頭 肌、肱 三 頭 肌、尺 側 屈 腕 肌、旋 前 圓 肌、橈 側 屈 腕 肌 、 橈側伸腕肌、伸指肌及尺側伸腕肌 等. (extensor carpi ulnaris). EMG 訊 號 間 的 關 係 ， 發 現 旋 前 圓 肌 的 訊 號 振 幅 在 投 擲 直. 球時顯著大於投擲曲球的時候，對於增加球速時，橈側屈腕 肌及橈側伸腕肌的肌肉活動的重要性，大於尺側的肌群。棒 球 投 手 投 球 之 EMG 訊 號 相 關 文 獻 整 理 如 表 4， 由 表 可 知 ， 在 投擲不同球路時，特定的肌肉活動程度將增加，表示各種不 同變化球所使用的肌肉並不相同。. 23.
(33) 表. 4. 棒球投手投球之肌電訊號相關文獻整理. 作 者、年 代 Frank 等. 受 試 者 5 位 投 手. (1983). 目 的. 主 要 結 果. 分 析 投 球 時 三 角 肌 及. 發 現 在 球 離 手 後 的 跟 隨 動. 旋 轉 肌 肌 電 訊 號 在 投. 作 期 ， 肌 肉 活 動 的 強 度 最. 球 動 作 不 同 分 期 時 的. 高 。. 活 動 情 形 。 Frank 等. 4 位 職 棒 投 手. (1984). 針 對 肱 二 頭 肌 、 肱 三. 在 腳 觸 地 時 ， 肱 二 頭 肌 呈. 頭 肌 、 胸 大 肌 、 闊 背. 現 出 中 等 強 度 的 訊 號 強. 肌 、 前 鋸 肌 及 肱 肌 等. 度 ， 加 速 期 時 ， 胸 大 肌 、. 上 肢 肌 肉 在 投 球 時 的. 闊 背 肌 、 肱 三 頭 肌 及 前 鋸. 肌 電 訊 號 做 分 析 。. 肌 都 呈 現 活 動 的 狀 態 ， 但 二 頭 肌 靜 止 。. Gowan 等 (1987). 7. 位 大 聯 盟 投. 手 及. 6 位 業 餘. 比 較 職 業 與 業 餘 選 手. 職 業 投 手 的 肩 胛 下 肌 及 背. 肌 電 訊 號 差 異 。. 闊 肌 的 強 度 較 高 ， 棘 上. 投 手. 肌 、 小 圓 肌 和 肱 二 頭 肌 只 有 小 程 度 的 活 動 ， 但 是 業 餘 的 投 手 在 加 速 期 ， 肱 二 頭 肌 及 旋 轉 肌 仍 然 顯 著 的 活 動 著 。. Sisto 等. 8 位 大 學 投 手. (1987). 分 析 投 擲 直 球 與 曲 球. 上 肢 後 擺 期 、 上 肢 加 速 期. 時 ， 前 臂 肌 肉 的 肌 電. 及 跟 隨 動 作 期 ， 橈 側 伸 腕. 訊 號 。. 長 肌 與 橈 側 伸 腕 短 肌 的 活 動 訊 號 在 投 擲 曲 球 時 ， 有 輕 微 的 增 加 ， 但 不 顯 著 。. Ya m a n o u c h i (1998). 10 位 高 中 棒 球 投 手 及. 10. 非. 探 討 投 球 時 下 肢 肌 肉. 棒 球 投 手 髖 關 節 的 內 收 和. 肌 電 訊 號 的 特 性 。. 外 展 肌 有 較 大 強 度 的 活. 棒 球 投 手 的 對. 動 ， 尤 其 是 內 收 肌 。. 照 組 Saito 等 (2001). 5 位 大 學 投 手. 探 討 球 速 以 及 球 路 與. 旋 前 圓 肌 的 訊 號 振 幅 在 投. 肱 二 頭 肌 、 肱 三 頭. 擲 直 球 時 顯 著 大 於 投 擲 曲. 肌 、 尺 側 屈 腕 肌 、 旋. 球 的 時 候 ， 橈 側 屈 腕 肌 及. 前 圓 肌 、 橈 側 屈 腕. 橈 側 伸 腕 肌 的 肌 電 訊 號 在. 肌 、 橈 側 伸 腕 肌 、 伸. 球 速 增 加 時 ， 大 於 尺 側 的. 指 肌 及 尺 側 伸 腕 肌 等. 肌 群 。. 肌 電 訊 號 間 的 關 係 。. 24.
(34) 第六節. 結語. 在研究棒球投手投球的相關文獻中，多著重於在上肢的 生物力學分析，主要在於了解投手在投球動作的特性，以增 進運動表現及減少傷害風險的發生。而投手投球動作卻不只 上肢動作的變化，從前導腳跨步到旋轉腰部和上半身，進而 帶動上肢投球的動作，這一連串極需全身協調的動作，其中 的生物力學機轉，扮演了相當重要的角色。 根據棒球投手投球的相關文獻，可以發現投球時的運動 學和動力學參數，皆會隨著球速越快而有所變化，當球速越 快時，肩關節外旋角速度越快、軀幹和骨盆移動速度增加、 身體向前傾斜的角度加大、且膝關節屈曲角度變小；在動力 學部份的變化，球速越高時，肩和肘關節力矩增加，及肘關 節屈曲力矩增加。另外，較熟練的投手，會以較小的動作， 來達到高球速並降低受傷的風險，不同的變化球路，也可能 導致運動學參數、動力學參數及. EMG 訊 號 的 改 變 ， 而 提 昇. 肌力對於投手的球速和運動表現也有著正向的關係。 隨著棒球熱潮襲捲了全台，接觸棒球運動的機會也跟著 增多不少，要成為一位優秀的棒球選手，除了生理、心理及 技術層面上的高水準之外，還要配合完善的訓練計畫和精確 的科學檢測，隨時了解和調整自己的身心狀態，以求更高水 準的運動表現，並且減少因運動傷害造成運動員生涯的縮短 或結束。. 25.
(35) 第參章. 實驗方法. 為了針對投擲不同球路時，分析身體各部位運動學參數 及. EMG 訊 號 ， 本 實 驗 收 集 投 球 時 身 體 肢 段 動 作 的 運 動 學 資. 料 和 特 定 部 位 肌 肉 的 EMG 訊 號 加 以 分 析 。. 第一節. 實驗對象. 本研究以 9 位大學甲組棒球隊之投手為實驗對象，接受 測試時無任何骨骼及肌肉系統上的損傷，參加實驗前皆詳細 告知實驗的目的和流程，在徵得受試者同意和簽署受試者同 意 書 （ 附 錄 1 ） 後 ， 於 實 驗 前 填 寫 基 本 資 料 表 （ 附 錄 2 ）， 資 料表內容包括：姓名、球齡、投球姿勢、慣用手、慣用腳、 過去最快球速、會投擲的變化球路及過去受傷的部位及受傷 的時間。. 第二節. 實驗時間地點. 實 驗 時 間 ： 2008 年 6 月 5 日 至 2008 年 7 月 15 日 。 實驗地點：實驗皆於中國醫藥大學動作分析實驗室內進行。. 第三節. 實驗設備. 本研究實驗設備可分為硬體設備與軟體設備，硬體設備 主要用於收取實驗中動作的訊號和資料，軟體設備主要用於 訊號的處理及資料的統計運算。. 26.
(36) 硬體設備 一 、 E M G 量 測 系 統（ M A 3 0 0 , M o t i o n L a b S y s t e m s , I n c . , U S ） EMG 量 測 系 統 主 要 由 電 極 片 （ 圖. 9 ）、 訊 號 集 線 盒 （ 圖. 1 0 ）和 訊 號 處 理 器（ 圖 1 1 ）組 成 ， 以 貼 在 適 當 部 位 的 電 極 片 ， 收取肌肉在活動時電位變化的訊號，經過適當的放大和處理 後，即可得出肢體運動時，肌肉活動的情形。本研究在身體 十個不同的部位，貼上電極片以求得特定肌肉活動的訊號。. 圖. 9. EMG 電 極 片. 27.
(37) 圖. 10. EMG 訊 號 集 線 盒. 圖. 11. EMG 訊 號 處 理 器. 28.
(38) 二 、 動 態 分 析 量 測 系 統（ V I C O N M X m o t i o n a n a l y s i s s y s t e m , Oxoford Metrics Limited., UK） 動 態 分 析 量 測 系 統 主 要 包 括 六 個 紅 外 線 攝 影 機 （ CCD） （ 圖 1 2 、 1 3 ）、 視 訊 處 理 器 （ 圖 1 4 ）、 個 人 電 腦 及 反 光 球 （ 圖 1 5、 1 6 ）所 組 成 ， 攝 影 機 的 配 置 如 圖 1 7， 利 用 紅 外 線 攝 影 機 ， 收集黏貼在受試者身上反光球所反射的光影，藉由視訊處理 器將影像資料做轉換，輸入至個人電腦，再藉由動態分析量 測 系 統 的 Wo r k s t a t i o n V 4 . 5 軟 體 ， 對 反 光 球 以 及 其 行 進 的 軌 跡作辨識，即可得出反光球相對於參考座標系的空間座標。 本 研 究 在 身 體 特 定 的 36 個 部 位，分 別 各 自 貼 上 直 徑 1.5 公 分 或 直 徑 2.5 公 分 的 反 光 球 ， 以 獲 取 資 料 。. 圖. 12. CCD（ 正 面 ）. 圖. 14. 圖. 13. VICON 視 訊 處 理 器. 29. CCD（ 背 面 ）.
(39) 圖. 15. 反光球標誌. 圖. 17. 圖. 16. 實驗室場地配置圖. 30. 反光球三角架.
(40) 三、擋網及投擲用球 擋 網 （ 圖 18） 為 3 公 尺 長 、 2 公 尺 寬 之 尼 龍 網 ， 懸 掛 於 前方約 5 公尺處，其功用在於網上標示了適當的範圍做為好 球 帶 ， 以 當 做 受 試 者 在 投 擲 時 的 目 標 。 投 擲 用 球 （ 圖 19） 使 用正式比賽用球，球的表面除縫線之外，其餘的部份貼上反 光貼紙。. 圖. 圖. 19. 18. 擋網. 實驗投擲用球. 31.
(41) 四、人體參數量測工具 人體參數量測工具包括：身高計、體重計、皮尺及游標 尺，以量測身高、體重及身體各部位之人體參數值。. 軟體設備 本 研 究 利 用. W o r k s t a t i o n V 4 . 5 、 M AT L A B 6 . 5 、 E X C E L. 2 0 0 3 及 S P S S 1 2 . 0 等 軟 體 作 資 料 的 運 算 及 分 析 。 Wo r k s t a t i o n V4.5 軟 體 主 要 用 於 運 動 學 資 料 及 EMG 訊 號 的 輸 出 及 轉 換 ， M AT L A B 6 . 5 軟 體 主 要 用 於 資 料 數 據 的 運 算 ， E X C E L 2 0 0 3 軟 體 用 於 資 料 數 據 的 整 理 及 SPSS 12.0 軟 體 對 數 據 作 統 計 上 的 運算。. 第四節. 實驗步驟. 本實驗主要可分為：填寫及量測基本資料、校正儀器及 建立座標系、肌肉最大自主收縮測試及投擲動作測試等四個 部份的實驗步驟。. 一、填寫及量測基本資料 首先以身高體重計量測受試者的身高、體重，並以皮尺 及 游 標 尺 等 量 測 工 具 分 別 測 量 出 受 試 者 的：肱 骨 長、橈 骨 長 、 膝寬、踝寬、大腿長、小腿長、足長、大腿圍及小腿圍及兩 側腸骨前上棘之相距距離，紀錄以供日後使用。各肢段名稱 及 定 義 範 圍 如 表 5。. 32.
(42) 表. 5. 肢段參數值定義表 名稱. 定義及範圍. 肱骨長. 肩峰至肱骨外上髁之距離. 橈骨長. 橈骨頭至橈骨莖突之距離. 膝寬. 膝關節股骨髁間最大寬度. 踝寬. 內外踝之最大距離的寬度. 大腿長. 股骨大轉子上端到脛骨外髁上緣之垂直距離. 小腿長. 脛骨外髁上緣至腓骨外踝之垂直距離. 足長. 跟骨最後緣至最長腳趾趾尖的距離. 大腿圍. 垂直於大腿長軸，並且介於股骨大轉子及股. 小腿圍 兩側腸骨前 上棘之距離. 骨外踝中間之大腿圍。 垂直於小腿長軸的最大小腿圍 兩側腸骨前上棘之水平距離. 二、校正儀器及建立座標系 首先使用校正工具對動態分析量測系統的儀器進行靜態 及動態動作的校正，並且建立實驗空間的參考座標系，並確 定實驗的動作均包含在參考座標系中。利用紅外線攝影機補 捉動作時反光球的軌跡，便可得知反光球於實驗室參考座標 系的空間位置。校正後所有攝影機不再做移動，攝影機的採 樣 頻 率 定 為 250Hz。. 33.
(43) 三、肌肉最大自主收縮測試 為了作為接下來投擲動作測試時. EMG 訊 號 的 基 準 ， 首. 先進行的為肌肉最大自主收縮測試，主要以. EMG 量 測 系 統. 為主要實驗儀器，收取投手上半身主要肌肉，在做最大自主 收縮時的. EMG 訊 號 。 受 試 者 受 測 時 上 半 身 將 不 著 衣 物 ， 以. 方便電極片黏貼至所要測試的部位，所要收集. EMG 訊 號 的. 肌 肉 包 括 投 球 手 之 ： 1.肱 二 頭 肌 2.肱 三 頭 肌 3.胸 大 肌 4.前 三 角 肌 5.後 三 角 肌 6.闊 背 肌 7.投 球 側 腹 外 斜 肌 8.非 投 球 側 腹 外 斜 肌 9.投 球 側 腰 部 豎 棘 肌 10.非 投 球 側 腰 部 豎 棘 肌 ， 將 十 條 肌 肉 之 E M G 訊 號 分 為 1 0 個 頻 道 來 收 集 （ 表 6 ）。 首先以酒精棉片輕輕擦拭要黏貼電極片部位的皮膚，防 止皮膚上的汙垢造成. EMG 訊 號 的 雜 訊 產 生 ， 接 著 將 所 編 號. 的電極片以彈性貼布，順著肌肉的纖維方向緊貼至特定部位 的 皮 膚 上 ， 並 以 3M 透 氣 膠 帶 補 強 ， 防 止 測 試 時 的 搖 動 或 者 受試者的汗水使電極片鬆脫，電極片黏貼至受試者身上後， 請受試者開始熱身活動，當受試者熱身完成，即進行肌肉最 大自主收縮的測試。受試者在了解測試部位和所需要做的動 作（表. 6） 後 ， 聽 到 信 號 後 開 始 做 最 大 力 量 的 收 縮 ， 同 時 實. 驗者將給予阻抗，並且開始收集. EMG 訊 號 ， 每 一 條 肌 肉 的. 測 試 動 作 只 操 作 一 次 ， 時 間 為 3 秒 ， 採 樣 頻 率 為 1000Hz。. 34.
(44) 表. 6. 受試者測試部位及測試動作表 編號及頻. 部位. 道. 動作. 投球手之肱二頭肌. 1. 肘關節屈曲. 投球手之肱三頭肌. 2. 肘關節伸展. 投球手側之胸大肌. 3. 肩關節水平內收. 投球手之前三角肌. 4. 肩關節屈曲. 投球手之後三角肌. 5. 肩關節水平外展. 投球手側之闊背肌. 6. 肩關節伸展. 投球側腹外斜肌. 7. 非投球側腹外斜肌. 8. 投球側腰部豎棘肌. 9. 非投球側腰部豎棘肌. 10. 向 對 側 轉 腰（ 軀 幹 屈 曲 ）. 俯 臥 弓 背 (軀 幹 伸 展 ). 四、投擲動作測試 投擲動作測試，主要以動態分析量測系統和. EMG 量 測. 系統同步使用，獲取投手投球時，身體上半身肢段的運動學 參數和特定肌肉的. EMG 訊 號 。 受 試 者 以 上 半 身 赤 裸 、 下 半. 身 穿 著 運 動 束 褲 或 短 褲 及 穿 著 平 底 運 動 鞋 接 受 測 試。EMG 量 測系統的配置和肌肉最大自主收縮測試的配置相同，接著在 受 試 者 身 上 將 分 別 安 置 上 直 徑 1.5cm 及 2.5cm 的 反 光 標 記 球 共 36 顆 ， 安 置 的 部 位 如 圖 20 和 表 7。 為 了 使 反 光 球 不 會 因 實 驗 時 身 體 的 活 動 或 震 動 而 鬆 脫 掉 落 ， 以 彈 性 貼 布 及 3M 透 氣膠帶做固定，若運動鞋上具有引起反光效果的部分，則以 膠帶遮蓋。所有配置完成，請受試者做最大範圍的伸展和活. 35.
(45) 動，以調整和確定儀器的導線或是反光球，不會對受試者的 活動產生任何限制。實驗用球將使用和實際比賽相同的球， 球表面除了縫線的部分之外，貼上反光貼紙，並將球視為一 個標誌點。 所有儀器配置完成後，受試者以兩眼直視前方，上半身 挺直，並做自然解剖姿勢，先收集自然姿勢的資料，作為之 後動態資料的基準，接著將投球手肘關節兩側及兩側膝關節 內的標誌點去除，請受試者開始試投，以受試者自覺已適應 場地及設備，可發揮真正投球能力後，開始投擲動作測試。 首先請受試者站在地板上所標示的假想投手板，面對. 5. 公尺外懸掛的擋網，受試者在投擲之前，會告知所要投擲的 球路為何，投擲的球路依據之前，受試者所填資料表中，最 常投擲的 2 種變化球路加上直球，共三種球路，每種球路需 投 擲 5 球，投 擲 總 球 數 為 15 球，直 球 和 變 化 球 將 採 隨 機 順 序 指示，受試者了解所投擲球路，聽到訊號後開始投擲動作， 並將球朝向擋網投擲，同時儀器開始收集資料，擋網上標示 受試者事前所預估最適當的範圍，做為好球帶的區域，若球 未落入好球帶，則此球將不予紀錄，並重新投擲一顆相同球 路的球。. 36.
(46) 圖. 20. 反光標誌點黏貼部位示意圖. 37.
(47) 表. 7. 反光標誌點黏貼部位及代號表（括弧內表左投者的代號）. 編號. 代號. 定義. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37. CER7 STER XIPH LSHO RSHO RUA1 RUA2 RUA3 RLEL(LLEL) RMEL(LMEL) R LW R ( L LW R ) RMWR(LMWR) RFI2(LFI2) RFI3(LFI3) RFI5(LFI5) LASI RASI LPSI RPSI SACR LT H I RT H I LKNE LMKN RKNE RMKN LT I B RT I B LANK LMAN RANK RMAN LT O E RTO E LHEE RHEE BALL. 第 七 頸 椎 胸 骨 柄 胸 骨 劍 突 左 肩 峰 端 右 肩 峰 端 三 角 架 上 端 反 光 球 三 角 架 前 端 反 光 球 三 角 架 後 端 反 光 球 肱 骨 外 上 髁 肱 骨 內 上 髁 橈 骨 莖 突 尺 骨 莖 突 第 二 掌 指 關 節 側 第 三 掌 骨 第 五 掌 指 關 節 側 左 側 腸 骨 前 上 棘 右 側 腸 骨 前 上 棘 左 側 腸 骨 後 上 棘 右 側 腸 骨 後 上 棘 薦 椎 左 大 腿 側 標 誌 點 右 大 腿 側 標 誌 點 左 股 骨 外 上 髁 左 股 骨 內 上 髁 右 股 骨 外 上 髁 右 股 骨 內 上 髁 左 小 腿 標 誌 點 右 小 腿 標 誌 點 左 側 踝 關 節 外 髁 左 側 踝 關 節 內 髁 右 側 踝 關 節 外 髁 右 側 踝 關 節 內 髁 左 腳 運 動 鞋 鞋 尖 右 腳 運 動 鞋 鞋 尖 左 腳 運 動 鞋 鞋 跟 後 緣 右 腳 運 動 鞋 鞋 跟 後 緣 投 擲 用 球. 38. 備註. 三 角 架 三 角 架 三 角 架 自 然 姿 勢 用. 自 然 姿 勢 用 自 然 姿 勢 用. 自 然 姿 勢 用 自 然 姿 勢 用.
(48) 第五節. 資料處理與分析. 本實驗分別為二個部份的資料處理：運動學資料的處理 及肌電訊號處理，並針對投擲動作特定時期的運動學參數及 肌電訊號最大值出現的時機、大小作分析。. 一、運動學資料處理與分析 首 先 使 用 workstation 4.5 軟 體 ， 將 每 一 個 標 誌 點 進 行 定 義 和 軌 跡 辨 識 （ t r a c k i n g ）， 確 定 標 誌 點 在 參 考 座 標 系 中 的 位 置 座 標 後 ， 將 訊 號 輸 出 ， 再 同 樣 利 用 Matlab 軟 體 演 算 ， 將 身 體各個肢段分別在解剖學平面，定義出肢段的向量座標，根 據 以 下 運 動 學 參 數 之 定 義，估 算 出 兩 個 相 鄰 肢 段 的 關 節 角 度。 本 研 究 所 探 討 的 運 動 學 參 數 ， 將 參 考 之 前 Escamilla 等 (1998)實 驗 所 使 用 的 運 動 學 參 數 ， 包 括 步 長 、 前 導 腳 膝 關 節 屈曲角度、軀幹旋轉角度、肘關節屈曲角度、肩關節外展角 度、肩關節水平內收角度、肩關節內旋角度、軀幹前傾角度 等，說明如表. 8， 同 時 也 同 步 測 量 球 速 。 以 上 運 動 學 參 數 ，. 分別再針對關節活動度、加速期開始時瞬間及球離手時瞬間 作分析與比較。. 39.
(49) 表. 8. 參數定義 參數名稱. 定義. 圖示. 步長. 兩腳腳尖相距距離. 圖 21. 前導腳膝關節屈曲角度. 大腿與小腿之夾角. 圖 22. 軀幹旋轉角度. 胸腔相對於骨盆旋轉角度. 圖 23. 肘關節屈曲角度. 前臂與上臂之夾角. 圖 24. 肩關節外展角度. 上臂與軀幹之夾角. 圖 25. 肩關節水平內收角度. 上臂與兩肩之夾角. 圖 26. 肩關節內旋角度. 前臂與軀幹之夾角. 圖 27. 軀幹前傾角度. 軀幹與大腿之夾角. 圖 28. 圖. 21. 步長. 40.
(50) 圖. 22. 圖. 前導腳膝關節屈曲角度. 23. 軀幹旋轉角度. 41.
(51) 圖. 24. 肘關節屈曲角度. 圖. 25. 肩關節外展角度. 42.
(52) 圖. 26. 圖. 肩關節水平內收角度. 27. 肩關節內旋角度. 43.
(53) 圖. 28. 軀幹前傾角度. 另 外 對 於 投 球 動 作 4 個 不 同 時 期：準 備 期、跨 步 後 擺 期 、 加速期及減速期在整個投球動作中所佔的時間加以分析，各 時期分隔點及定義如下：. 準備期：動作開始至前導腳膝關節抬至最高點之時期。 跨步後擺期：膝關節抬至最高點至肩關節達到最小水平 內收角度之時期。 加 速 期：肩 關 節 達 到 最 小 水 平 內 收 角 度 至 球 離 手 之 時 期。 減 速 期：球 離 手 至 肩 關 節 達 到 最 大 水 平 內 收 角 度 之 時 期。. 二、 肌電訊號處理與分析. 首先將收集到的肌電訊號，用 出，接 著 使 用 M a t l a b 軟 體，進 行 濾 波. workstation 4.5 軟 體 輸 (filter) 和 平 滑. (smooth). 處 理 ， 為 了 將 一 般 常 見 的 雜 訊 頻 率 濾 除 ， 使 用 帶 阻 濾 波. 44.
(54) ( b a n d s t o p )， 將 6 0 H z 的 雜 訊 濾 掉 ， 接 著 以 帶 通 率 4 到 480Hz 濾 波，最 後 用 6Hz 進 行 低 通. (bandpass) 頻. (low pass) 濾 波 ，. 處 理 後 所 得 到 之 肌 電 訊 號 ， 即 為 線 性 封 波. (linear. envelope)， 取 最 大 值 的 強 度 及 發 生 的 時 間 點 做 分 析 。 投 擲 動 作時肌電訊號將作標準化，以收集到的 值作為標準化的基準. EMG 訊 號 中 的 最 大. ( 1 0 0 % m a x )，將 其 它 數 據 與 其 最 大 值 做. 比較，發生的時間點會配合同步的運動學資料，投擲動作分 期時間的百分比來表示。. 第六節. 統計方法. 本研究首先將每一位受試者三種球路之運動學參數及肌 電 訊 號 值 ， 分 別 計 算 重 覆 投 擲. 5 次 的 平 均 值 與 變 異 係 數. （ c o e f f i c i e n t o f r e l a t i v e v a r i a b i l i t y ， C V ）， 以 表 示 在 不 同 球 路 各 參 數 之 代 表 值 與 其 變 異 程 度 。 使 用 SPSS 12.0 套 裝 統 計 軟 體 ， 進 行 重 複 量 數 單 因 子 變 異 數 分 析. ( o n e - w a y A N O VA. w i t h r e p e a t e d m e a s u r e s )， 比 較 各 變 化 球 路 之 間 的 運 動 學 參 數 及肌電訊號值之平均值與變異係數是否有顯著差異，若達到 顯 著 差 異 ， 將 以 LSD 法 進 行 事 後 比 較 ， 本 研 究 顯 著 水 準 設 為 α＝ .05。 整 個 實 驗 方 法 流 程 如 圖 29。. 45.
(55) 收集受測者資料. 基本資料、 肢段參數值. 最大自主收縮. 投球動作資料. 資料處理. 肌電訊號. 運動學參數. 統計比較分析. 圖. 29. 實驗流程圖. 46.
(56) 第肆章. 結果. 本研究以大學甲組棒球投手投球的運動學參數及 訊號，分析投擲不同球路時運動學參數及. EMG. EMG 訊 號 變 異 性. 的差異，藉以了解投擲不同球路時動作的特性。本章節先後 以受試者資料、球速、運動學參數及. EMG 訊 號 四 部 份 的 研. 究結果分別敍述。. 第一節. 受試者資料. 本 研 究 原 以 1 0 位 大 學 甲 組 投 手 為 受 試 者，但 其 中 1 位 受 試者因受傷而未能參與實驗，而其它 9 位受試者的基本資料 如表. 8， 受 試 者 平 均 身 高 為. 180.8±5.50 公 分 ， 平 均 體 重 為. 79.4±10.9 公 斤 ， 平 均 球 齡 為 10.6±1.3 年 ， 9 位 受 試 者 有 3 位 左 投，6 位 右 投，除 了 2 位 為 側 投 投 法、2 位 為 四 分 之 三 投 法 之 外 ， 其 餘 5 人 皆 為 上 肩 投 法 （ 表 9 ）。 9 位 受 試 者 變 化 球 統 計 如 表 1 0， 9 位 受 試 者 會 投 擲 的 變 化 球 路 包 括 滑 球 、 變 速 球 、 指叉球、伸卡球及曲球，其中滑球與變速球分別有 8 位及 6 位投手會投擲，且為最熟練之兩種變化球，因此除了直球之 外，本研究以其中皆會投擲變速球及滑球兩種球路的投手共 5 名，作為主要的受試者，並以滑球及變速球作為直球另外 分析的球路。. 47.
(57) 表. 9. 受試者資料表 身高. 體重. 球齡. (公 分 ). (公 斤 ). (年 ). 1. 182. 92. 2. 173. 3. 編號. 表. 慣用手. 投球姿勢. 12. 右. 上肩. 75. 12. 右. 3/4. 183. 78. 11. 右. 側投. 4. 180. 74. 12. 左. 上肩. 5. 181. 90.5. 11. 右. 側投. 6. 182. 85. 9. 左. 上肩. 7. 167. 55.5. 10. 左. 上肩. 8. 182. 75. 9. 右. 上肩. 9. 186. 90. 9. 右. 3/4. 平均值. 180.0. 79.4. 10.6. 標準差. 5.5. 10.9. 1.3. 10. 受試者變化球統計表. 編號. 球路 1. 1. 滑球. 2. 球路 2. 球路 3. 球路 4. 指叉球. 曲球. 變速球. 伸卡球 伸卡球. 3. 滑球. 變速球. 4. 滑球. 變速球. 5. 滑球. 6. 滑球. 變速球. 7. 滑球. 變速球. 8. 滑球. 變速球. 9. 滑球. 個數. 8. 球路 5. 指叉球 指叉球. 伸卡球. 指叉球. 曲球 曲球 伸卡球. 曲球. 4. 4. 指叉球 6. 5. 48.
(58) 第二節. 球速. 一、 球速平均值 分析所收集的球速值，依不同球路分別求出其 5 個球數 的 平 均 值 ， 以 重 覆 量 數 單 因 子 變 異 數 分 析 進 行 分 析（ 表 1 1 ）， 結果發現，投擲三種不同球路時，球速有顯著的差異，直球 的球速. (112.3±4.4 Km/h) 比 滑 球. (95.3±6.5 Km/h) 明 顯 較 高. 表. 11. (98.3±5.4Km/h)及 變 速 球. (p<.05)。. 球 速 平 均 值 A N O VA 一 覽 表. 參數. 球種. 平均數 ± 標準差. 直. 112.3 ± 4.4. 球速*. 滑. 98.2 ± 5.4. (Km/h). 變. 95.3 ± 6.5. 平均. P 值. 0.000. 事 後 比 較. 直 >滑 直 >變. 101.7 ± 9.5. * p<.05. 二、 球速之變異係數 分析所收集的球速值，依不同球路分別求出其變異係 數 ， 以 重 覆 量 數 單 因 子 變 異 數 分 析 進 行 分 析 （ 表 1 2 ）， 結 果 發現，投擲三種不同球路時，球速之變異係數並無明顯差異 (p>.05)。. 49.
(59) 表. 12. 球 速 變 異 係 數 ( % ) A N O VA 一 覽 表 參數. 球速. 球種. 平均數 ± 標準差. 直. 2.07 ± 0.90. 滑. 3.17 ± 0.93. 變. 3.47 ± 1.60. 平均. 2.90 ± 1.22. 第三節. P 值. 0.059. 運動學結果. 本研究所探討的運動學參數包括：步長、前導腳膝關節 屈曲角度、軀幹旋轉角度、肘關節屈伸角度、肩關節外展角 度、肩 關 節 水 平 內 收 角 度、肩 關 節 內 旋 角 度 及 軀 幹 前 傾 角 度 。 本節分為二個部分，分別描述投球動作曲線及運動學參數的 探討。. 一、. 投球動作曲線描述 以下針對前導腳膝關節屈曲角度、軀幹旋轉角度、肘關. 節屈伸角度、肩關節外展角度、肩關節水平內收角度、肩關 節內旋角度及軀幹前傾角度於投球動作的 4 個時期的變化分 別描述。. 1.. 前導腳膝關節屈曲角度 將投球時膝關節屈曲角度與時間百分比做圖（圖. 3 0 ），. 準備期時，前導腳開始抬起，膝關節開始屈曲，當前導腳膝. 50.
(60) 關 節 屈 曲 角 度 達 到 最 大 值 約 100 度 ， 也 就 是 前 導 腳 抬 至 最 高 點時，準備期結束進入跨步後擺期；跨步後擺期前導腳開始 向前方跨步，膝關節開始伸展，屈曲角度開始減少，到前導 腳觸地時，膝關節角度為最小，接著因軀幹的旋轉及上半身 軀幹逐漸前傾，又開始產生些微屈曲角度至. 60 度 ； 進 入 加. 速期時，因軀幹旋轉後重心移至前導腳，加上肩關節快速的 內旋及軀幹的前傾，前導腳用力導致些許的伸展，以支撐身 體直至加速期結束；球離手後，進入減速期，身體逐漸由前 傾回復到直立的狀態，膝關節也配合身體，屈曲角度開始減 小做伸展動作，直至整個投球動作結束。. 圖. 2.. 30. 前導腳膝關節屈曲角度. 軀幹旋轉角度 將投球時軀幹旋轉角度與時間百分比做圖（圖. 3 1 ）， 準. 備期時，胸腔並無明顯的動作改變，由於前導腳抬起，導致. 51.
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