不同移位步法對男女排球選手攔網著地之影響
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(2) 不同移位步法對男女排球選手攔網著地之影響 2018 年 6 月 研 究 生：謝耀毅 指導教授：黃長福 摘要 前言：攔網在排球競賽中扮演著攻守兼具的重要角色，且攔網前常會進行側向不同 步法的位移，在比賽和訓練中頻繁的攔網著地動作容易造成下肢傷害，因此有效的減緩 衝擊是十分的重要。本研究目的：藉由收集攔網著地動作的運動學及動力學參數，以探 討女性和男性在執行不同步法攔網著地動作上的差異。方法：本研究以8名女性及8名男 性為研究對象，利用八台Vicon紅外線攝影機 (250Hz)、兩塊測力板 (1000Hz) 收集不同步法 攔網著地之運動學及動力學的資料，並以混合設計二因子變異數分析進行資料處理。結果： 跨步攔網著地相較於併步攔網著地會呈現較大的垂直與前後的地面反作用力；在著地瞬間 會呈現較小的踝關節蹠屈角度、較大的膝關節內收力矩，在著地期間會呈現較小的踝關節活 動範圍、較大的最大膝關節外翻角度、最大髖關節伸肌力矩、最大踝關節蹠屈肌力矩，而在 最大垂直地面反作用力瞬間會呈現較小的膝關節屈曲角度、較大的髖關節伸肌力矩。女性相 較於男性在著地瞬間會呈現較大的踝關節蹠屈角度，在著地期間會呈現較大的踝關節活動 範圍、較小的最大髖關節伸肌力矩，而在最大垂直地面反作用力瞬間會呈現較大的膝關節外 翻角度。在男性中，跨步攔網相較併步攔網會呈現較大的髖關節活動範圍、最大膝關節伸肌 力矩、著地瞬間髖關節內收力矩、最大髖關節外展力矩；而在女性中，跨步攔網相較併步攔 網著地呈現較大的最大膝關節內收力矩；在跨步攔網中，男性相較於女性呈現較大的最大膝 關節伸肌力、著地瞬間髖關節內收力矩、最大髖關節外展力矩。結論：跨步攔網著地動作. 會增加膝關節的負荷，女性在執行攔網著地動作會利用較多踝關節活動進行著地的緩衝， 但較大的膝關節外翻角度會提高下肢膝關節受傷的機會。 關鍵詞：性別、併步、跨步. i.
(3) The Effects of Different Steps and Gender on Volleyball Block Landing June, 2018. Student：Yao-Yi Hsieh Advisor：Chen-Fu Huang Abstract. Block is an important skill in the volleyball competition, it is not only a defensive skill, but an offensive skill. Many volleyball players perform the different steps before block. The frequently landing movement in volleyball training and competition may increase the risk of lower extremity injuries. Therefore, it was important of reducing the ground impact more efficiently during landing. Purpose： The aim of this study was to investigate the the kinematics and kinetics difference in the gender while performing block landing after different steps. Method：Eight females and eight males were recruited from the university volleyball team. eight Vicon cameras (250Hz) and two force plates (1000Hz) were synchronized to collect kinematics and kinetics data during block landing after different steps. Result：Cross over step block landing exhibited greater vertical and anteriorposterior ground reaction forces. Cross over step block landing exhibited smaller ankle plantarflexion angle, greater knee adductor moment at the initial ground contact. During the landing phase, cross over step block landing exhibited smaller ankle range of motion (ROM) and greater peak knee valgus angle. Knee flexion angle was smaller in cross over step block landing at the time of peak vertical ground reaction force (PVGRF). Females exhibited greater ankle plantarflexion angle than males. During the landing phase, females exhibited greater ankle ROM and smaller peak hip extensor moment. Knee valgus angle was greater in females at the time of PVGRF. In the males, cross over step block landing exhibited greater hip ROM and knee extensor moment. In the females, cross over step block landing exhibited greater knee adductor moment。Conclusion：Cross over step block landing could increase the loading on the knee. Females utilized ankle motion to ii.
(4) reduce more ground impact during block landing. However the greater knee valgus angle in females might cause increase the risk of injury on the knee. Keyword：Gender, slide step, cross over step. iii.
(5) 目. 次. 中文摘要………………………………..…………………….………………………………i 英文摘要…………………………………………………………….…………...……………ii 目次………………………………………………………………….…………...…………iv 表次………………………………………………………………….…………...…………vii 圖次………………………………………………………………….…………...…………viii. 第壹章. 緒論…...………………………………………………………………1. 第一節 研究背景與動機……………………………….………………………………1 第二節. 研究目的…...…………………………………………………………………3. 第三節. 研究假設…...…………………………………………………………………3. 第四節 研究範圍..…...…………………………………………………………………3 第五節. 研究架構…...…………………………………………………………………4. 第六節. 名詞操作性定義………………………………………………………………5. 第貳章. 文獻探討…...…………………………………..……………………6. 第一節. 攔網移位之重要性…...………………………………………………………6. 第二節. 著地與排球運動傷害相關之研究……………………………………..……7. 第三節. 著地相關之研究…...…………………………………………………………9. 第四節 不同性別著地相關之研究……...………………..…..………………………11 第五節 排球技術著地相關之研究………………...……………..…………..………16. iv.
(6) 第參章 研究方法與步驟…...…………………………..……………………22 第一節 研究對象…...…………………………………………………………………22 第二節. 實驗儀器與設備………………………………………………………..……22. 第三節 實驗場地與佈置…...…………………………………………………………24 第四節 實驗流程與步驟……...……………….………….…..………………………24 第五節. 資料收集……...…………………………………..…..………………………26. 第六節. 資料處理與分析…………………………...……………..…………..………28. 第七節. 統計分析………………...……………………………….…………..………35. 第肆章. 結果….…………………………………………..…………………36. 第一節 攔網著地期之時間參數、重心變化與地面反作用力………………………36 第二節. 攔網著地之矢狀面與額狀面下肢關節角度與活動範圍…………….……39. 第三節. 攔網著地之矢狀面與額狀面下肢關節力矩………………………………43. 第伍章 討論….……………..……………………………..…………………47 第一節. 攔網著地期時間參數、重心變化與地面反作用力之影響………………47. 第二節. 攔網著地矢狀面與額狀面下肢關節角度與活動範圍之影響……….……49. 第三節. 攔網著地矢狀面與額狀面下肢關節力矩之影響………………………52. 第陸章. 結論與建議….…………………………………..…………………54. 第一節. 結論………………………………………………….……………………… 54. 第一節 建議.………………………………………………….……………………… 54. v.
(7) 參考文獻…...…………………………..……..……..……..…………………55 中文部分…...…………………………………………………………………………55 英文部分…...……………………..………………………………………..……………55. 附錄…...…………………………..……..……..……..…………………60 附錄一…...…………………………………………………………………………60 附錄二…...…………………………………………………………………………61 附錄三…...…………………………………………………………………………62 附錄四…...…………………………………………………………………………63 附錄五…...…………………………………………………………………………64 附錄六…...…………………………………………………………………………65 附錄七…...…………………………………………………………………………66 附錄八…...…………………………………………………………………………67 附錄九…...…………………………………………………………………………68 附錄十…...…………………………………………………………………………69 附錄十一…...…………………………………………………………………………70 附錄十二…...…………………………………………………………………………71 附錄十三…...…………………………………………………………………………72 附錄十四…...…………………………………………………………………………73 附錄十五…...…………………………………………………………………………74 附錄十六…...…………………………………………………………………………75 附錄十七…...…………………………………………………………………………76. vi.
(8) 表. 次. 表 2-4-1 不同性別著地之相關研究...............................................................14 表 2-5-1 排球著地之相關研究.......................................................................18 表 2-5-1 排球著地之相關研究.......................................................................18 表 3-5-1 反光球黏貼位置表...........................................................................27 表 4-1-1 男性與女性不同步法攔網著地之時間比較分析表.......................36 表 4-1-2 男性與女性不同步法攔網著地之跳躍高度與著地期重心位移比 較分析表...........................................................................................37 表 4-1-3 男性與女性步法攔網著地之標準化地面反作用力比較分析 表.......................................................................................................38 表 4-2-1 男性與女性不同方向攔網著地之矢狀面關節角度比較分析 表.......................................................................................................40 表 4-2-2 男性與女性不同方向攔網著地之額狀面關節角度比較分析 表.......................................................................................................42 表 4-3-1 男性與女性不同方向攔網著地之之矢狀面關節力矩比較分析 表.......................................................................................................44 表 4-3-2 男性與女性不同方向攔網著地之之額狀面關節力矩比較分析 表.......................................................................................................46. vii.
(9) 圖. 次. 圖 1-5-1. 研究架構圖…………………………………………………………4. 圖 1-6-1. 併步示意圖………………………………………………………5. 圖 1-6-2. 跨步示意圖………………………………………………………5. 圖 3-2-1. Vicon 紅外線高速攝影機…………………………………………23. 圖 3-2-2. Kistler 9287 與 AMTI 5507 測力板………………………………23. 圖 3-3-1. 實驗場地佈置圖 …………………………………………………24. 圖 3-4-1. 併步攔網示意圖 …………………………………………………25. 圖 3-4-2. 跨步攔網示意圖 …………………………………………………25. 圖 3-4-2. 反光球黏貼位置圖 ………………………………………………26. 圖 3-6-1. Pelvis 座標示意圖 ……..…………………………………………29. 圖 3-6-2. 大腿座標示意圖 ……..………………………………………..…30. 圖 3-6-3. 小腿座標示意圖 ……..………………………………………..…30. 圖 3-6-4. 足部座標示意圖 ……..………………………………………..…31. 圖 3-6-5. 動力學逆過程推導示意圖 ……..……………………………..…32. viii.
(10) 第壹章. 緒論. 第一節 研究背景與動機 攔網技術的提升及比賽規則的修改，其已具備攻擊與防守兩者兼具的技巧，並成為 排球競賽中重要的得分技術之一。過去研究調查排球比賽中得分率與排球技術的關係， 發現攔網是影響一場比賽得分率的重要因素 (張恩崇，2005)。攔網步法的構成主要可分 為併步與跨步 (Lobietti, 2009)。楊振興 (2002) 根據90學年度大專女子排球聯賽甲組預 賽分析，結果發現併步與跨步攔網在整體比賽中分別占37.47%與30. 83%是比賽中常見 的移動步法。國外調查研究發現，在比賽中女性使用原地攔網的機率占20%、男性占16%， 在攔網前先進行側向的移位女性占43%、男性占36% (Lobietti & Merni, 2006)，由此可知 側向移位攔網的重要性。 排球運動中常發生肌肉骨骼受傷的機會，約有90%的傷害發生於下肢，且因連續跳 躍與著地後不當動作造成受傷的比例高達63% (Gerberich, 1987)，攔網即為比賽中常見的 跳躍動作，選手因其動作而受傷的比例占41% (歐陽金樹，1995)。排球選手下肢的傷害 常發生於膝關節及踝關節 (Verhagen, Van der Beek, Bouter, Bahr, & Van Mechelen, 2004)。 非接觸性前十字韌帶 (anterior cruciate ligament) 損傷是膝關節常見的運動傷害，約有 70%發生在運動的過程中，例如著地、減速、快速的改變方向，且在相同的運動項目中， 女性高於男性6 ~ 8倍的受傷機率 (Arendt & Dick, 1995; Ferretti, Papandrea, Conteduca, & Mariani, 1992)。 研究指出造成男女性受傷比例差異的可能因素為：(一)、骨骼結構的差異，女性運 動員先天骨盆較寬造成大腿股骨與小腿脛骨產生較大的夾角 (Arendt & Dick, 1995; Ireland, Balantyne, Little, & McClay, 2001; Shambaugh, Klein, & Herbert, 1991)；(二)、荷 爾蒙的影響，女性運動員在月經週期時，前十字韌帶的雌激素感受器 (estrogen receptors) 會導致韌帶變得比較不緊密 (Arendt & Dick, 1995; Wojtys, Huston, Boynton, Spindler, & Lindenfeld, 2002)；(三)、神經肌肉方面 (如：肌肉量、肌力及協調性) 的差異 (Arendt & 1.
(11) Dick, 1995; Salci, Kentel, Heycan, Akin, & Korkusuz, 2004)；(四)、著地生物力學的差異 (Decker, Torry, Wyland, Sterett, & Steadman, 2003; Ford, Myer, & Hewett, 2003; Hughes, Watkins, & Owen, 2008; Hughes, Watkins, & Owen, 2010; Kernozek, Torry, Hoof, Cowley, & Tanner, 2005; Lephart, Ferris, Riemann, Myers, & Fu, 2002; Schmitz, Kulas, Perrin, & Riemann, 2007)。這些因素可能會造成女性運動員在執行著地時關節承受較多的負荷而 增加受傷機率。過去研究指出著地生物力學的差異是造成下肢受傷的重要因素 (Hughes, et al., 2010; Kernozek, et al., 2005; Salci, et al., 2004)。女性在著地動作往往呈現較小的膝 關節屈曲角度、較大的踝關節角度，並伴隨著較大的膝關節伸肌力矩，這種著地的方式 會增加前十字韌帶受傷的風險 (Decker, et al., 2003; Kernozek, et al., 2005; Lephart, et al., 2002; Salci, et al., 2004; Schmitz et al., 2007)。膝關節在額狀面過度活動也是造成受傷的 因素，女性相較於男性會以較大的膝關節外翻角度及活動範圍執行著地動作 (Hughes, et al., 2008; Hughes, et al., 2010; Kernozek, et al., 2005)，當膝關節呈現外翻動作時，較大的 膝關節外翻力矩容易造成前十字韌帶受傷 (Hughes, et al., 2010; Zahradnik, Uchytil, Farana, & Jandacka, 2014; Zahradnik, Jandacka, Uchytil, Farana, & Hamill, 2014;)。部分研 究亦發現女性會呈現較大的地面反作用力 (Kernozek, et al., 2005; Salci, et al., 2004; Schmitz et al., 2007)，著地時較大的地面反作用力衝擊，會增加下肢關節組織的傷害。 過去研究多針對從高台著地的方式比較男性與女性的動作，結果發現兩者間著地動 作有達到顯著差異 (Decker, et al., 2003; Kernozek, et al., 2005; Lephart, et al., 2002; Salci, et al., 2004; Schmitz et al., 2007)，然而在實際的排球運動情境中，男性與女性因規則訂定 的原因，兩者球網高度皆不同 (男性: 2.43m, 女性: 2.24m)，若能以較符合實際運動情境 的試驗進行比較，更能探究其著地動作的特性。過去僅Hughes等 (2008, 2010) 以實際的 運動情境比較男性與女性原地攔網著地的差異，及Zahradnik等 (2014a, 2014b) 比較三種 不同著地情境對原地攔網著地的影響。在多變化的排球比賽過程中，選手在攔網前大部 分會先進行側向的移位，但目前仍缺少移位攔網著地的相關研究，然而以不同步法的移 位方式是否會造成著地動作的影響，男性與女性在執行移位攔網著地的動作是否有差異， 因此攔網著地時應採用何種方式才能達到良好的著地動作需要更進一步的探討，藉以改 2.
(12) 善因不當著地動作而造成受傷的風險，更能提供教練、選手及排球運動愛好者訓練之依 據，減少傷害的發生進而提升運動表現。. 第二節 研究目的 本研究目的，探討不同移位步法對男性與女性排球選手攔網著地之下肢生物力學的影響。. 第三節 研究假設 一、不同移位步法 (併步、跨步) 對男性與女性排球選手攔網著地之下肢運動學參數會 有差異。 二、不同移位步法 (併步、跨步) 對男性與女性排球選手攔網著地之下肢動力學參數會 有差異。. 第四節 研究範圍 一、本研究以國內現役男女甲組排球選手為研究對象，設計與實際比賽相符合之場地， 模擬實際比賽不同移位步法 (併步、跨步) 攔網著地，利用Vicon動作分析量測系統 及兩塊測力板進行排球攔網著地之運動學及動力學資料的收集。 二、本研究之測試場地於國立台灣師範大學公館校區體育館。. 3.
(13) 第五節 研究架構 本研究比較不同移位步法 (併步、跨步) 對男性與女性排球選手攔網著地的差異， 從運動學及動力學的觀點進行分析比較，本研究之架構圖如以下所示。 不同移位步法對男性與女性排球選手攔網著地的影響. 男性甲組排球選手 & 女性甲組排球選手. 併步攔網. 跨步攔網. 動力學. 運動學. 支撐時間. 著 地 期 支 撐 時 間. 最 大 垂 直 地 面 反 作 用 前 期 、 百 分 比. 最 大 垂 直 地 面 反 作 用 後 期 、 百 分 比. 重心位移. 著 地 期 重 心 位 移. 攔 網 之 跳 躍 高 度. 著地瞬間. 髖 、 膝 、 踝 關 節 之 角 度. 圖 1-5-1.. 髖 、 膝 、 踝 關 節 之 力 矩. 髖 、 膝 、 踝 關 節 之 活 動 範 圍. 髖 、 膝 、 踝 關 節 之 最 大 角 度. 研究架構圖 4. PVGRF 瞬間. 著地期. 髖 、 膝 、 踝 關 節 之 最 大 力 矩. 髖 、 膝 、 踝 關 節 之 角 度. 髖 、 膝 、 踝 關 節 之 力 矩. 最力 大 垂 直 、 水 平 地 面 反 作 用 力. 標 準 化 之 最 大 垂 直 、 水 平 地 面 反 作 用.
(14) 第六節 名詞操作性定義 一、攔網 (Block)：企圖攔阻對方擊入本方之球的動作。本研究指的攔網動作為雙手伸 臂過網攔阻對向的球，並企圖將球回擋至攻擊方場地直接得分之動作。 二、併步 (Slide step)：身體額狀面平行於球網，慣用腳向外側平移，非慣用腳跟隨平 移之動作，如圖1-6-1所示。. 圖1-6-1.. 併步示意圖. 三、跨步 (Cross over step)：身體額狀面平行於球網，非慣用腳交叉跨越慣用腳，慣用 腳跟隨向外側平移之動作，如圖1-6-2所示。. 圖1-6-2.. 跨步示意圖. 四、著地期 (Landing phase)：足部接觸地面著地瞬間至身體重心到達最低點的期間。 五、最大垂直地面反作用力前期：是指著地瞬間到最大垂直地面反作用力產生所需之 時間，本研究以PVGRF前期表示。 六、最大垂直地面反作用力後期：是指最大垂直地面反作用力產生到身體重心最低點 所需之時間，本研究以PVGRF後期表示。. 5.
(15) 第貳章. 文獻探討. 排球運動隨著技術的提升及規則的改變，影響比賽勝負的關鍵除了具破壞力的攻擊 技巧外，兼具防守與攻擊的攔網技巧已成為教練與選手訓練的重要項目，攔網在競賽中 已成為比賽勝負的重要關鍵。在競技比賽中，球員與教練追求的是更高層次的技術，選 手們伴隨而來的運動傷害也相對增加，傷害常發生於下肢起跳與著地瞬間，而攔網前移 位的步法可能影響選手著地動作的表現，其中性別著動作的差異也造成不同的受傷風險。 因此本研究比較男、女排球選手在不同移位步法攔網著地動作上的差異，藉以期望能從 中發現相異之處，提供教練與選手訓練的依據，並預防運動傷害的產生。本文獻分為五 個部分：第一節 攔網移位步法之重要性，第二節 著地與排球運動傷害相關之研究，第 三節 著地相關之研究，第四節 不同性別著地相關之研究，第五節 排球技術著地相關 之研究。. 第一節 攔網移位之重要性 排球運動發展至今已一百餘年，自從 1964 年第 18 屆日本東京奧運會將排球列入正 式的競技項目後，加上國際性比賽頻繁，排球運動技術即加速地蓬勃發展 。排球運動是 由發球、接發球、舉球、扣球、攔網、救球等攻防技術所組合而成的，排球競賽中需要 技巧與戰術的配合，並透過多變化的攻擊及防守的技巧，在球不落地的情況下，突破對 方的防守進而取的獲勝。 隨著排球技術的提升及規則的修改，攔網的技術不再只是用於防禦的戰術與策略， 透過現代化技術的提升，攔網已具備攻擊與防守兩者兼具的技巧，並成為排球競賽中重 要的得分技術之一。在一攻一守的比賽中，攻擊是得分的首要條件，而攔網則是瓦解攻 擊的首要關鍵，成功的攔網可以化險為夷、轉守為攻，且攔網不再是被動的防守策略， 其動作技術也具備強烈的攻擊性，攔阻一顆強而有力的攻擊，不但可以加強團隊的信心， 更能中斷對手攻擊的節奏。優異的防守技術能製造更多反擊的機會，防守成功率越高的 6.
(16) 隊伍其反擊成功率也越高，更能增加比賽獲勝的機會 (李建平，2011)。過去研究調查排 球比賽中得分率與排球技術的關係，發現攔網是影響一場比賽的得分率的重要因素 (張 恩崇，2005)。 排球比賽中攔網常見的步法為併步與跨步 (交叉步)，楊振興 (2002) 根據 90 學年 度大專女子排球聯賽甲組預賽分析，結果發現，攔網動作中最常用到的移動步法有三種， 分別為併步與滑步 (62.23%)，跨步與跨跳步 (15.96%)，交叉步 (12.96%)。並指出併步 與滑步、跨步與跨跳步在整體比賽中分別占 37.47%與 30. 83%是比賽運用中高於其他的 移動步法。Lobietti 等 (2006) 比較不同性別在執行攔網步法策略上的差異，利用比賽影 像分析比賽時男性和女性攔網的步法，結果指出在三號位時女性相較於男性會利用較多 變化的步法進行攔網，女性選手相較男性選手在邊位攔網較常使用併步的步法，而男性 則多以跨步 (交叉步) 的步法進行攔網，且研究中發現選手在進行攔網時，約有 80%的 時候是會先進行側向的移動而後進行攔網動作。從比賽中可以發現攔網影響其勝負的重 要性，一個隊伍除了團隊的戰術外，個人卓越的技巧也是決定比賽勝負的關鍵，攔網前 的移位需要及時的判斷能力、快速的反應時間及優異的動作技能才能夠達到成功的攔阻 表現，移動的步法會影響選手的動作表現，男性與女性攔網步法也可能影響其攔網著地 後的動作表現。移位動作除了影響攔阻的表現，亦可能對攔網著地後的動作造成影響。. 第二節 著地與排球運動傷害相關之研究 從事排球運動的人口日益漸增，但隨著運動人口的增加，排球運動帶來的運動傷害 也漸漸受到重視。一個優秀的排球選手，需要具備良好的身體素質去執行高難度的技巧 與動作，才能促使他們在空中能執行攻擊或是防守的策略，然而，在完美的動作表現背 後都隱藏著受傷的風險。研究發現從事排球運動而造成運動傷害的機率，相當於許多接 觸性運動的受傷機率，如足球、冰上曲棍球等，即使排球運動不是接觸性的運動，但在 排球比賽和訓練的過程中，受傷的比例還是相當高，且常發生跳躍著地之際 (Aagaard, Scavenius, & Jorgensen, 1997; Briner & Kacmar, 1997) 。但在一場排球比賽，不論是進攻 7.
(17) 或防守，選手都會呈現高頻率的跳躍動作 (Lobietti 等, 2006; 葉煌典，1982)，因此有效 且安全的著地是相當重要的。 排球運動傷害中，因攔網和扣球動作而受傷的機率超過 70% (Watkins & Green, 1992)， 但扣球與攔網是比賽中不可或缺的技術，這兩種動作技術可以帶來比賽的勝利，但卻是 造成排球運動傷害的主要原因。根據國內學者調查 81 學年大專排球聯賽，大學學院男 子組 120 位選手運動傷害的情形，結果發現，受傷的類型以扭傷、肌腱炎及挫傷最多， 受傷的部位以踝、肩、膝及腰部較多，受傷時的身體型態以扣球時的 43.63%為最高，攔 網時的 24.43%次之 (張弓弘，1993)。亦有學者調查發現，引起排球選手受傷的主要動 作為攔網占 41%及扣球的 30%，其中著地與跳躍的動作是造成傷害的主要因子 (歐陽金 樹，1995)。國外學者的調查研究中發現排球運動經常出現下肢的運動傷害，Gerberich (1987)曾調查排球運動參與者的運動傷害情況，約有 90%的傷害發生於下肢，且因連續 的跳躍與著地後不當的動作造成受傷的比例高達 63%。Verhagen (2004) 調查發現，踝關 節扭傷在排球運動傷害中占大多數，大約占所有排球相關運動傷害的 41%，且過去有受 傷經驗的選手，再次發生踝關節扭傷的機會也較大。Ferretti (1992) 在調查排球選手膝關 節韌帶嚴重受傷害的案例時也發現，攻擊時相較於防守時更容易受到傷害，其傷害的發 生是在跳躍攻擊之後的著地時，其中因著地而受傷的比例為所有案例的 73%。在眾多的 下肢運動傷害，前十字韌帶 (anterior cruciate ligament) 的損傷也是一個常見於膝關節的 傷害，大約有 70%發生於運動的過程中，例如著地、減速、快速的改變方向 (Ferretti et al., 1992)，是大多數運動員所不樂見的一項嚴重傷害，在運動的過程中發生前十字韌帶 斷裂，除了需要支付大筆的醫療費用，甚至失去獎助金的補助及長時間無法從事運動， 且有較高的風險罹患膝關節關節炎，嚴重時甚至終身無法從事運動 (Freedman , Glasgow, Glasgow, & Bernstein, 1998; Ruiz, Kelly, & Nutton, 2002)。 研究調查指出，前十字韌帶損傷在相同的運動項目中，女性高於男性 6 ~ 8 倍的受 傷機率 (Arendt & Dick, 1995; Ferretti, et al., 1992)。男性與女性因很多種不同的因素造成 前十字韌帶受傷風險的差異，許多理論已證實性別的差異會由外在因素與內在因素影響 前十字韌帶受傷的風險。外在因素包含生理和視覺的干擾、護具、鞋面的交互作用，內 8.
(18) 在因素包含骨骼結構、荷爾蒙、神經肌肉和生物力學的差異 (Hewett et al., 2010)。許多 研究者針對內在因素進一步去探究性別的差異：(一)、骨骼結構的差異，女性運動員先 天骨盆較寬造成大腿股骨與小腿脛骨產生較大的夾角 (Arendt & Dick, 1995; Ireland et al., 2001; Shambaugh et al., 1991)；(二)、荷爾蒙的影響，女性運動員在月經週期時，前十字 韌帶的雌激素感受器 (estrogen receptors) 會導致韌帶變得比較不緊密 (Arendt & Dick, 1995; Wojtys et al., 2002)；(三)、神經肌肉方面 (如：肌肉量、肌力及協調性) 的差異 (Arendt & Dick, 1995; Salci et al., 2004)；(四)、著地生物力學的差異 (Decker et al., 2003; Ford et al.,2003; Hughes et al., 2008; Hughes et al., 2010; Kernozek et al., 2005; Lephart et al., 2002; Schmitz et al., 2007)。其中臨床的研究主要針對神經肌肉與生物力學差異進行前十 字韌帶受傷風險的探討，並了解前十字韌帶受傷的機制，可提供高風險的受傷族群明達 到預防及減少受傷機會的明確目標。. 第三節 著地相關之研究 著地為動作的最後階段，在各項運動中常發現著地的動作，如：籃球跳投、籃板球、 排球攔網及扣球等，不同的運動項目亦會呈現不同的著地形態。攔網動作中不僅是起跳 階段受到重視，起跳後著地階段更是重要，著地時需要吸收起跳產生的能量，然而跳躍 高度越高會產生更多的能量，應有效的吸收著地時產生的能量，才能預防傷害的發生 (Dufek & Zhang, 1996)。排球運動的傷害往往發生於著地之際，但高頻率的跳躍著地常 見於排球比賽中，因此著地的好壞會影響其受傷風險。著地前的高度愈高，人體所承受 的地面反作用力也愈大，一旦超負荷會使人體的骨骼肌肉系統無法吸收，即可能會對組 織造成傷害 (Dufek & Bates, 1991)。研究指出減少著地時地面反作用力的衝擊，可以有 效的預防運動員下肢的傷害 (Cheng, Mao, Fong, & Hong, 2005; Decker et al., 2003; McnittGray, 1991; Tillman, Criss, Brunt, & Hass, 2004; Yeow, Lee, & Goh, 2010; Zhang, Bates, & Dufek, 2000)，地面反作用力會因為著地的垂直距離及關節角度僵直而增大，意謂著地的 技巧是影響受傷的重要因素 (Dufek & Bates, 1991; Zhang et al., 2000; Bisseling et al., 2007)。 9.
(19) 因此許多學者針對不同高度著地的動作型式進行神經肌肉與下肢生物力學的探討。 著地高度增加人體所承受的地面反作用力皆越大 (Mcnitt-Gray, 1991; Yeow et al., 2010; Zhang et al., 2000)，當著地高度越大，下肢髖、膝關節的屈曲角度越大，髖、膝、 踝關節角速度也會因著地的高度增加而變大 (Mcnitt-Gray, 1991)，下肢關節的活動範圍 也會變大 (Zhang et al., 2000)。Yeow 等 (2010) 也指出膝關節角度與角速度會隨著著地 高度增加而變大。Mcnitt-Gray (1991) 研究指出體操選手在三種不同高度 (32cm、72cm、 128cm) 著地之最大地面反作用力分別呈現 3.9BW、6.3BW、11BW，當高度增加時業餘 選手會增加膝關節的屈曲角度來增加緩衝的時間，但體操選手則會以同時增加髖關節和 膝關節的屈曲角度來緩衝，因此，但高度增加時，理想的著地策略應是同時增加髖關節 和膝關節的屈曲角度來減緩地面反作用力的衝擊。所以人體的動作必須能夠有效地緩衝 和吸收衝擊力量以減少下肢的負荷。學者亦指出著地高度增加時，著地策略會從利用踝 關節更改為利用髖關節來進行落地的緩衝，而大部分能量的吸收需藉由膝關節及髖關節 的伸肌，因此，離心肌群的肌力和適當的神經肌肉控制對下肢肌群是相當重要的 (Zhang et al., 2000)。Yeow, Lee, 與 Goh (2009) 研究發現，在相同的高度下著地，髖關節和膝關 節相較於踝關節在額狀面的活動能產生較大關節功率 (power) 和離心作功 (work)，而 當高度增加時，髖關節亦會增加額狀面的離心作功，因此髖關節在額狀面扮演著最重要 的角色進行能量吸收。若增加著地高度，當地面反作用力峰值產生瞬間，膝關節在矢狀 面活動之關節功率會變大，其離心作功也會因高度增加而提升 (Yeow et al., 2010)。 著地時下肢的負荷除了受到高度影響，著地型態也是影響其因素之一。過去研究以 著地後膝關節屈曲角度 90 度來界定著地形態，膝關節屈曲角度大於 90 度為緩和型著 地，反之則為僵直型著地 (Devita et al., 1992; Zhang et al., 2000)。研究證實僵直型著地會 產生較大的地面反作用力峰值 (Devita et al., 1992; Zhang et al., 2000)，除了地面反作用 力的增加，僵直型著地也會呈現較大的下肢關節力矩及功率 (Zhang et al., 2000)。Devita 等 (1992) 指出緩和型著地會利用髖關節和膝關節吸收較多著地產生的能量，而僵直型 著地則是踝關節吸收較多能量。緩和型著地相較於僵直型著地，人體的肌肉系統能多吸 收超過 19%的能量，且踝關節蹠屈肌在緩和型著地與僵直型著地是主要吸收能量的角色， 10.
(20) 尤其當身體呈現較僵直的姿勢，踝關節蹠屈肌在著地時能量的吸收更具貢獻。Zhang 等 (2000) 指出不論是以僵直型或緩和型著地皆會利用膝關節伸肌進行能量的吸收，但僵直 型著地踝關節蹠屈肌對能量的吸收具有較大的貢獻，而緩和型著地則是多利用髖關節伸 肌。. 第四節 不同性別著地相關之研究 人體在著地時會藉由下肢關節的活動去減緩地面產生的衝擊力，如何有效的減少 衝擊的力量取決於個人的動作技能，並藉由不同的著地策略減少著地時所造成的傷害， 因此在運動的過程中，如何完成一個安全的著地是非常重要，也需要更進一步了解著地 動作的特性。從過去不同方式、技巧的著地研究中發現，隨著高度的增加，下肢關節屈 曲角度、角速度會隨之增加，下肢的關節力矩和功率也會增加，地面反作用也因高度增 加而產生較大的力量，然而隨著高度的增加，著地的策略應該有所改變以減緩著地帶來 的衝擊，因此可藉由增加下肢髖、膝關節的屈曲角度，因為透過髖、膝關節的活動，能 在著地的過程中產生較大的功率與作功，進而減少地面反作用力的衝擊。不同型態的著 地方式也會影響下肢的負荷，經由過去的研究發現緩和型著地較能利用髖、膝關節去吸 收能量以緩衝地面產生的衝擊。 在比賽或訓練中，女性比男性有較高的非接觸性前十字韌帶受傷機率 (Arendt & Dick, 1995; Ferretti et al., 1992)。從生物力學的角度探究受傷的原因，發現膝關節在著地 時會呈現較大的伸展角度，因為膝關節著地時較僵直，而導致較大的地面反作用力，也 會產生較大的合力作用於髕骨韌帶和脛骨之間，女性會優先活化股四頭肌並伴隨著較大 的股四頭肌離心收縮，因此抑制膝關節彎曲的動作，當這些因素發揮至極時，會增加脛 骨相對於大腿骨向前的移動，致使前十字韌帶的撕裂。(Hewett et al., 2010; Kernozek et al., 2005; Pappas et al., 2012; Salci et al., 2004)。許多研究指出，女性在著地時膝關節呈現 較僵直的姿勢，會使膝關節承受較大的負荷，且神經肌肉的功能也較男性差，尤其是腿 後肌群，又因下肢股四頭肌與腿後肌活化差異，因此較容易使前十字韌帶受傷 (Colby et 11.
(21) al., 2000; Hewett et al., 2010; Pappas et al., Rozzi et al., 1999)。且女性相較於男性需要承受 更大的負荷以完成著地動作，意謂女性較容易引起前十字韌帶受傷是因為膝關節需要承 受較大的壓力 (Colby et al., 2000; Huston et al., 2001)。為了更深入的瞭解為何女性比男 性更容易受到下肢的運動傷害，因此，國外學者針對不同性別對落地動作上的差異進行 研究。 研究指出，生物力學和神經肌肉的變項在性別上有所差異，女性著地時呈現較小的 膝關節彎曲活動範圍 (Lephart et al., 2002; Schmitz et al., 2007)，男性呈現較大的膝關節 彎曲活動範圍可以減少著地時關節承受的衝擊力量，而女性缺乏控制膝關節彎曲的能力， 可能是因為股四頭肌及腿後肌的肌力不足，所以導致較僵直的膝關節角度 (Lephart et al., 2002)。但女性在著地時會呈現較大的踝關節活動範圍，女性往往會先利用踝關節來緩衝 地面的反作用力，利用踝關節蹠屈肌的功能進行著地的緩衝策略 (Decker et al., 2003; Kernozek et al., 2005)。許多研究也發現在著地瞬間男性與女性下肢關節角度沒有差異 (Ford et al., 2003; Kernozek et al., 2005; Pappas et al., 2007; Schmitz et al., 2007)。然而， Decker 等 (2003) 發現不同的結果並指出，女性在著地瞬間較大的踝關節蹠屈角度及較 小的膝關節屈曲角度，因此呈現較僵直的著地姿勢，隨後並伴隨較大的膝、踝關節的活 動範圍，這可能是女性企圖利用較大的關節活動範圍，用以減少地面反作用力，表示女 性需充分利用踝關節來緩衝地面的反作用力，而男性只需先利用髖、膝關節進行緩衝， 並未盡全部的能力進行緩衝。除了矢狀面運動學的差異外，著地時下肢關節額狀面角度 的差異也是影響受傷的因素之一，多數研究均指出女性在著地時呈現較大的膝關節外翻 角度 (Ford et al., 2003; Kernozek et al., 2005; Pappas et al., 2007)、踝關節內翻角度、膝關 節額狀面活動範圍 (Kernozek et al., 2005) 及膝外翻移動距離 (Ford et al., 2003)，膝關節 在額狀面過大或不正常的活動，容易造成膝關節不穩定，而過度拉扯十字韌帶而增加膝 關節受傷的機率。Ford 等 (2003) 研究也指出膝關節外翻角度和身高、體重並沒有顯著 的相關，並認為缺少動態膝關節的穩定可能會增加膝關節受傷的機率，目前沒有一個明 確的方法可以篩選或鑑定運動員前十字韌帶的受傷，但可以藉由神經肌肉的訓練來預防 受傷。 12.
(22) 過去研究也從地面反作用力發現男性與女性間的差異，部分研究指出女性會呈現較 大的垂直地面反作用力，因此會增加前十字韌帶撕裂的風險 (Kernozek et al., 2005; Pappas et al., 2007; Salci et al., 2004; Schmitz et al., 2007)，但亦有研究發現在著地時，男 性與女性在垂直地面反作用力並沒有差異 (Decker et al., 2003; Hughes et al., 2010; Lephart et al., 2002)。女性著地時呈現較大的膝伸肌力矩 (Salci et al., 2004) 及較小的膝 關節內翻力矩 (Kernozek et al., 2005)，Kernozek 等 (2005) 研究發現女性呈現最大膝外 翻角度峰值時會產生較小的內翻力矩，且膝伸肌力矩峰值和膝內翻力矩峰值呈現負相關。 著地時從能量學的角度也可以發現男性與女性的差異，女性在膝伸肌、踝蹠屈肌呈 現較大的能量吸收及功率峰值，從整體能量吸收的貢獻度發現，女性和男性都優先利用 膝關節當做著地時的緩衝要素，接著女性會再利用踝蹠屈肌進行著地緩衝，男性則是利 用髖伸肌進行落地緩衝 (Decker et al., 2003)。著地時，女性選擇充分利用踝關節的蹠屈 肌進行吸震緩衝的策略 (Decker et al., 2003; Schmitz et al., 2007 )。但女性利用踝關節蹠 屈肌的功能進行著地的緩衝策略，在不穩定或疲勞的著地情況下，這種緩衝的策略很可 能造成非接觸性十字韌帶受傷的風險 (Decker et al., 200. 13.
(23) 表 2-4-1 不同性別著地之相關研究 作者/年. 參與者. 實驗設計. 參數. 主要發現. Lephart et al. (2002). 15 名男 性 15 名女 性. 動作試驗： 1. Landing (單腳) (20cm) 2. Biodex 等速測力機 60°/s (Knee flexion/ extension). 1. 地面反作用力 2. 股四頭肌、腿後 肌. 1. 女性呈現較小的膝關節活動範圍 2. 女性呈現較小的股四頭肌及腿後肌肌力 3. 最大垂直地面反作用力上，男女並沒有顯著的差異. Decker et al. (2003). Schmitz et al. (2007). 12 名男 性 9 名女 性. 14 名男 性 14 名女 性. 動作試驗： 1. Drop landing (60cm). 動作試驗： 1. Landing (單腳) (30cm). ※ 矢狀面 3. 關節角度 4. 關節活動範圍 1. 地面反作用力 ※ 矢狀面 2. 關節角度. 1. 著地瞬間女性呈現較小的膝關節角度、 較大的踝關節角度 2. 女性呈現較大的髖、膝、踝關節角速度 3. 女性呈現較大的膝關節、踝關節活動範圍. 3. 4. 5. 6. 7.. 關節角速度 關節活動範圍 關節力矩 關節功率(power) 關節作功(work). 4. 最大垂直地面反作用力上，男女並沒有顯著的差異 5. 女性在膝伸肌、踝蹠屈肌也顯示出較大的能量吸收及功 率峰值. ※ 1. 2. 3.. 矢狀面 關節角度 關節活動範圍 關節作功(work). 1. 2. 3. 4. 5.. 14. 著地瞬間關節的角度，男女並沒有顯著的差異 女性呈現較小的髖、膝關節的活動範圍 女性呈現較大的最大垂直地面反作用力 女性下肢關節總能量吸收較男性小 女性利用較多的踝關節進行能量的吸收.
(24) 作者/年. 參與者. 實驗設計. 參數. 主要發現. Kernozek et al. 15 名男. 動作試驗：. 1. 地面反作用力. 1. 著地瞬間關節的角度，男女並沒有顯著的差異. (2005). 1. Drop landing. 性 15 名女. (60cm). 性. 2. 女性呈現較大的踝關節矢狀面活動範圍 ※ 矢狀面/ 額狀面. 3. 女性呈現較大的膝關節額狀面活動範圍. 2. 關節角度. 4. 女性呈現較大膝關節外翻角度和踝關節內翻角度. 3. 關節活動範圍. 5. 女性呈現較大的最大垂直地面反作用力. 4. 關節力矩. 6. 女性呈現較小膝關節內翻力矩. Ford et al.. 15 名男. 動作試驗：. ※ 額狀面. 1. 著地瞬間膝關節外翻角度，男女並沒有顯著的差異. (2003). 性. 1. Drop jump. 1. 關節角度. 2. 女性呈現較大的膝外翻移動距離. 2. 膝外翻移動距離. 3. 女性呈現較大膝關節外翻角度. 1. 地面反作用力. 1. 著地瞬間關節的角度，男女並沒有顯著的差異. 15 名女. (31cm). 性 Pappas et al.. 16 名男. 動作試驗：. (2007). 性. 1. Drop landing. 16 名女 性. (40cm). 2. 女性呈現較大膝關節外翻角度 ※ 矢狀面/ 額狀面 2. 關節角度 3. 地面反作用力. 15. 3. 女性呈現較大的最大垂直地面反作用力.
(25) 第五節 排球技術著地相關之研究 著地時地面的衝擊直接影響下肢骨骼肌肉組織，許多運動項目在競賽或練習的過程 中需不斷地進行跳躍的動作，因此下肢需承受著地時地面的衝擊而增加受傷的風險。排 球運動即需反覆地進行跳躍著地的動作，在一場攻擊與防守頻繁的比賽中常見扣球與攔 網交替的動作技術，過去研究以排球獨特的動作技術探討著地時下肢的生物力學，主要 針對扣球與攔網兩種常見於排球競賽中的技巧進行研究，其中包含從高台模擬排球攔網、 扣球動作進行著地 (Salci et al., 2004) 及實際進行扣球 (Marquez et al., 2009)、攔網 (Hughes et al., 2008, 2010a, 2010b; Zahradnik et al., 2014a, 2014b) 的著地研究。 以實際的運動情境及動作進行研究，可以進一步探究出動作的特性與差異性，且能 增加研究的生態效度。Marquez 等 (2009) 以 6 名慣用手為右手的男性選手為研究對象， 以實際的扣球的方式，比較不同距離起跳扣球隊著地的影響，結果發現長距離的扣球著 地會產生較大的平均負荷率，扣球著地時雙腳會呈現不對稱的著地動作，左腳對吸收著 地衝擊扮演著較關鍵的角色。在著地瞬間較大的軀幹與髖關節角度及較大的膝關節、踝 關節活動範圍能減少垂直地面反作用力，且能延長著地瞬間到地面反作用力峰值的時間， 因此能減少著地時的平均負荷率。然而在相同的運動項目會因性別的差異而制定不一樣 的比賽標準，如排球運動男性網高為 2.43 公尺，女性為 2.24 公尺，過去比較男性與女 性著地時下肢差異的研究多以固定高度進行試驗 (Decker et al., 2003; Kernozek et al., 2005; Lephart et al., 2002; Schmitz et al., 2007)，若能針對實際運動情境及其運動項目的特 殊性進行性別的探討，更能探究其實際差異之處。Hughes 等 (2010b) 指出，以實際扣球 的方式探討對原地攔網著地的影響，結果發現攔網動作會因實際扣球而改變著地下肢的 生物力學，因此建議未來相關研究應介入實際的運動情境，因為這種防禦攻擊性的動作 可能會改變神經肌肉的反應。因此運動情境的改變也會造成著地動作的改變。 過去針對排球運動著地之性別差異的研究中發現，著地時女性的標準化地面反作用 力峰值較男性大，顯示女子選手在著地時較無法如男子選手般充分運用大腿的力量來緩 衝地面反作用力，且呈現較大的膝關節伸展力矩及較小的髖關節屈曲角度，這也可能是 16.
(26) 女子排球選手膝關節前十字靭帶較容易損傷的原因之一 (Salci et al., 2004)。Hughes 等 (2010a) 指出，女性著地過程在被動負荷 (passive loading) 開始瞬間產生較大的膝關節 伸展力矩 (knee extension moment)，但經由練習可能會改善其著地策略，減少膝關節矢 狀面伸展力矩進而降低被動支撐結構 (韌帶) 的拉扯。女性在運動的過程中，膝關節外 翻角度和活動範圍較大，因此會減少膝關節動態的穩定性而增加前十字韌帶受傷的風險 (Hughes et al., 2008, 2010b)，且女性著地時相較於男性會呈現較大的膝關節外翻力矩， 這意謂女性在著地時膝關節肌群可能承受過度的負荷而增加韌帶的拉扯 (Hughes et al., 2010a)。 除了原地攔網著地的研究，Zahradnik 等 (2014a, 2014b) 針對在不同攔網著地情境 下的著地策略進行探討，作者比較穩定著地 (stick landing)、退步著地 (step-back landing)、 跑 退 步 著 地 (run-back landing) 三 種 著 地 後 的 動 作 對 下 肢 關 節 的 影 響 ， 研 究 指 出 (Zahradnik et al., 2014b) 攔網著地後立即退後跑 (run-back landin) 會呈現較高的膝關節 外翻力矩，且會減少膝關節能量的吸收，而利用較多的髖關節與踝關節進行能量吸收， 若著地時增加膝關節外翻、外旋力矩及減少膝關節能量吸收，則會增加前十字韌帶受傷 的機會。研究結果也發現退步腳 (右腳) 相較於跟隨腳 (左腳) 在著地瞬間會呈現較小 的膝關節屈曲角度及較大的地面反作用力，且會呈現較大的膝關節外翻力矩，因此退步 腳會有較大的前十字韌帶受傷風險 (Zahradnik et al., 2014b)。然而著地後退一步的方式 (step-back landing) 可以有效減少地面反作用力及膝關節外翻力矩，因此在訓練的過程中 應加強著地後的移動動作，進而減少前十字韌帶的過度負荷 (Zahradnik et al., 2014a)。 過去研究除了探討男性與女性原地攔網著地的差異，也針對攔網著地後不同的移動 策略進行比較，但在比賽中攔網前大部分會進行側向的移位動作，攔網前移位的動作顯 得相當重要，然而側向移位是否會造成著地動作的影響，男性與女性在執行移位攔網著 地的動作是否有差異，因此攔網著地時應採用何種方式才能達到良好的著地動作需要更 進一步的探討，藉以改善因不當著地動作而造成的傷害，更能提供教練、選手及排球運 動愛好者訓練之依據，減少傷害的發生進而提升運動表現。. 17.
(27) 表 2-5-1 排球著地之相關研究. 作者/年. 參與者. 實驗設計. 參數. 主要發現. Salci et al. (2004). 8 名男性 8 名女性. 比較男性與女性著地之差異. 1. 地面反作用力 2. 股四頭肌、腿後肌. 1. 40 公分扣球著地，男性呈現較大的膝關節屈曲角度 2. 40 公分攔網著地，男性呈現較大的髖關節屈曲角度. 動作試驗： 1. 模擬扣球著地 (40cm、60cm) 2. 模擬攔網球著地 (40cm、60cm) 3. Biodex 等速測力機 60°/s. ※ 矢狀面 3. 關節角度 4. 關節力矩. 3. 60 公分攔網著地，女性呈現較大的膝關節伸肌力矩 4. 女性呈現較大的地面反作用力 5. 女性呈現較小的股四頭肌及腿後肌肌力. (Knee flexion/ extension). Marquez et al. (2009). 6 名男性. 比較不同扣球起跳距離著地 之差異. 1. 地面反作用力 2. 負荷率. 動作試驗： 1. 正常距離起跳扣球著地. ※ 矢狀面 3. 重心位移. (依據個人習慣起跳距離) 2. 長距離起跳扣球著地 (依據正常起跳點向後延 伸 0.7m 作為起跳點). 4. 5. 6. 7. 8.. 重心速度 關節角度 關節角速度 關節活動範圍 軀幹傾斜角度 18. 1. 長距離起跳扣球會呈現較大的重心速度、平均負荷率 2. 長距離起跳扣球在著地瞬間會呈現較小的髖關節屈曲角 度 3. 長距離起跳扣球在著地瞬間會呈現較小的軀幹傾斜角度 4. 長距離起跳扣球髖、膝、踝關節會呈現較大的活動範圍 5. 長距離起跳扣球踝關節會呈現較小的關節角速度.
(28) 作者/年. 參與者. 實驗設計. 參數. 主要發現. Hughes et al. (2008). 6 名男性 6 名女性. 比較男性與女性原地攔網著 地之差異 動作試驗：. ※ 1. 2. 3.. 1. 2. 3. 4.. 1. 原地執行攔網動作，雙手 需觸碰懸吊於空中排球 (網高：男 2.43m，女 2.24m). 4. 膝關節間距位移 5. 踝關節間距離 6. 踝關節間距位移. 比較男性與女性原地攔網著 地膝關節之差異 動作試驗：. 1. 地面反作用力. Hughes et al. (2010a). 6 名男性 6 名女性. 額狀面 膝關節角度 膝關節活動範圍 膝關節間距離. ※ 矢狀面/ 額狀面 1. 原地攔網動作，雙手需攔 2. 膝關節角度 阻由對側扣擊懸吊排球 3. 膝關節力矩 (網高：男 2.43m，女 2.24m) Hughes et al. (2010b). 6 名男性 6 名女性. 女性呈現較大的膝關節外翻角度 女性呈現較大的膝關節額狀面活動範圍 女性呈現較大的膝關節間距位移 女性呈現較小的踝關節間距位移. 1. 垂直地面反作用男性與女性沒有差異 2. 女性呈現較大的膝關節屈曲角度 3. 女性呈現較大的膝關節外翻較度 4. 在被動負荷開始瞬間 (0.03s)，女性呈現較大的膝關節伸 展力矩。 5. 女性呈現較大的膝關節外翻力矩. 比較性別與扣球對原地攔網 1. 地面反作用力 著地膝關節之影響 動作試驗： ※ 矢狀面/ 額狀面 1. 原地執行攔網動作，雙手 2. 膝關節角度. 1. 實際扣球攔網著地呈現較大的地面反作用力 2. 實際扣球攔網著地在著地瞬間會呈現較小膝關節屈曲角 度 3. 實際扣球攔網著地呈現較小的最大膝關節屈曲角度. 需觸碰懸吊於空中排球 2. 原地攔網動作，雙手需攔 阻由對側扣擊懸吊排球 (網高：男 2.43m，女 2.24m). 4. 5. 6. 7.. 3. 膝關節活動範圍 4. 地面反作用力. 19. 實際扣球攔網著地呈現較小的膝關節活動範圍 垂直地面反作用男性與女性沒有差異 女性呈現較大的膝關節屈曲角度與矢狀面活動範圍 女性呈現較大的膝關節外翻角度與額狀面活動範圍.
(29) 作者/年. 參與者. 實驗設計. 參數. 主要發現. Zahradnik et al. (2014a). 14 名女性. 比較三種攔網著地後策略對 膝關節之影響. 1. 地面反作用力. 1. 跑步退著地會呈現較大的膝關節外翻角度 2. 跑步退著地會呈現較大的膝關節外翻力矩 3. 跑步退著地會呈現較大的地面反作用力. 動作試驗： (情境一，攔網成功). ※ 額狀面/冠狀面 2. 關節角度 3. 關節力矩. 1. 穩定著地：雙手需觸碰懸 吊於空中排球，著地時雙 較穩定不移動 2. 退步著地：雙手需觸碰懸 吊於空中排球，著地後右 腳立即向後退一步 (情境二，攔網失敗) 3. 跑退步著地：雙手需觸碰 懸吊於空中排球，著地後 右腳立即向後跑至 3m 處 (網高：2.24m). 20.
(30) 作者/年. 參與者. 實驗設計. 參數. 主要發現. Zahradnik et al. (2014b). 14 名女性. 比較二種攔網著地後策略對 膝關節之影響. 1. 地面反作用力. 1. 2. 3. 4. 5.. 動作試驗： (情境一，攔網成功). ※ 矢狀面 2. 膝關節角度 3. 膝關節力矩. 1. 穩定著地：雙手需觸碰懸 4. 髖膝踝關節能量吸 吊於空中排球，著地時雙 收 較穩定不移動 (情境二，攔網失敗) ※ 額狀面/冠狀面 2. 跑退步著地：雙手需觸碰 5. 膝關節力矩 懸吊於空中排球，著地後 右腳立即向後跑至 3m 處 (網高：2.24m). 21. 著地瞬間，跑步退著地會呈現較大膝關節屈曲角度 跑步退著地會呈現較大的最大膝關節屈曲角度 跑步退著地會呈現較大的膝關節外翻力矩 跑步退著地會呈現較大的膝關節外旋力矩 穩定著地會呈現較大的膝關節伸展力矩. 6. 跑步退著地右腳膝關節能量吸收較穩定著地少 3% 7. 跑步退著地右腳踝關節能量吸收較穩定著地多 3% 8. 跑步退著地利用較多的髖關節進行能量吸收.
(31) 第三章. 研究方法與步驟. 此章節分別依照：第一節、研究對象；第二節、實驗儀器與設備；第三節、實驗場 地與佈置；第四節、實驗流程與說明；第五節、資料收集；第六節、資料處理；第七節、 統計分析，依序說明如下：. 第一節 研究對象 本研究以 16 名甲組排球選手 (女子選手 8 名，男子選手 8 名) 為研究對象，所有受 試者在半年內皆未發生會影響排球扣球動作之肌肉骨骼關節傷害。在實驗前，每位受試 者需填寫基本資料及受試者同意書。. 第二節 實驗儀器與設備 本研究的實驗儀器與設備將分別依照：(一) 資料收集、(二) 資料處理與分析(三) 其 他等三個部份加以說明如下。. (一) 資料收集： 1. Vicon動作分析量測系統8台紅外線高速攝影機 (Motion Capture system, T20-S, Oxford, UK) ，擷取頻率為250Hz，收集黏貼於身體肢段的反光球在座標系統中的 軌跡，如圖3-5-1。 2. T-Wand校正棒 (390mm)，使用於運動空間範圍內，已進行動態校正；L-Frame校正 架，使用於定義運動空間範圍X、Y、Z座標軸向。 3. 兩塊90*60cm2 三維測力板，Kistler 9287 (Kistler, Winterthur, SW) 與AMTI 5507 (Advanced Mechanical Technology, Inc., Watertown, MA)，擷取頻率為1000Hz，及兩 台放大器，如圖3-2-2。 4. 反光球。 22.
(32) 5. 桌上型電腦。 6. 筆記型電腦。. 圖3-2-1.. Vicon紅外線高速攝影機. 圖3-2-2.. Kistler 9287與AMTI 5507測力板. (二) 資料處理與分析： 1. 以Vicon Nexus 1.8.5版軟體進行實驗資料的處理。 2. 以Visual3D 5.0版軟體進行資料的分析。 3. 以SPSS 20.0版軟體進行統計的分析。 (三) 其他： 1. 移動式排球柱、排球網、排球。 2. 延長線、皮尺、透氣膠帶。. 23.
(33) 第三節、實驗場地與佈置 本實驗場地與佈置如圖3-3-1所示： 1.八台Vicon紅外線攝影機架設於球場周圍。 2.二塊測力板放置於排球場前排中央位置，鄰近球網10公分。 3.一名排球選手站立於攻擊側之60公分木箱上，向防守側進行實際直線扣球動作。. 圖3-3-1.. 實驗場地佈置圖. 第四節 實驗流程與步驟 本研究之實驗說明與流程分為(一) 動作要求、(二) 實驗流程兩部分，依序說明如下。 (一) 動作要求 本實驗參與者須執行兩種移位步法之攔網動作 (併步、跨步)，實驗動作要求如下： 1. 併步攔網： a.. 實驗參與者以慣用邊方向進行併步移位，如圖3-4-1。. b.. 起跳時雙腳需分別站立於兩塊測力板上，雙手需成功攔阻對側扣擊的球。. c.. 著地後雙腳需分別站立於兩塊測力板上，並維持穩定的姿勢。. 2. 跨步攔網： 24.
(34) a.. 實驗參與者以慣用邊方向進行跨步移位，如圖3-4-2。. b.. 起跳時雙腳須分別站立於兩塊測力板上，雙手需成功攔阻對向扣擊的球。. c.. 著地後雙腳須分別站立於兩塊測力板上，並維持穩定的姿勢。. 圖3-4-1.. 併步攔網示意圖. 圖3-4-2.. 跨步攔網示意圖. (二) 實驗流程 1. 儀器架設及校正：在實驗場地中架設攝影機，並揮動T-Wand校正棒進行攝影機校正， 使用L-Frame校正架建立實驗室座標系統 (global coordination system)。 2. 參與者填寫個人基本資料表，並說明研究目的，動作要求及實驗的流程。 3. 簽寫受試者同意書，並告知受試者隨時可以退出本實驗。 4. 研究進行時聘請運動傷害防護員在旁，協助處理可能發生的運動傷害，以確保實驗 安全及場地的維護。 5. 請參與者穿著緊身衣褲並熱身10分鐘，並熟悉實驗之動作要求。 6. 參考Vicon三維動作分析系統提供之Plug-in-gait placement 進行受試者身體反光球的 貼置，並加上LTRO、RTRO 與LMT5、RMT5 四點以利後續Visual 3D 軟體建立模 型之用，參照圖3-5-1與表3-5-1。全身反光球一共51點。 7. 要求實驗參與者在動作範圍內，執行靜態姿勢 (static pose) 的影像拍攝。 8. 正式實驗時，要求受試者分別進行二種不同步法之攔網著地的動作。 9. 實驗參與者執行二種不同步法的動作，並收集三次成功攔網著地的資料。 25.
(35) 第五節 資料收集 本研究之資料收集分為：(一)運動學資料、(二)動力學資料，依序說明如下。 (一) 運動學資料之收集 本實驗利用8台Vicon紅外線高速攝影機 (拍攝頻率250Hz)，進行三維空間的影像收 集，身體標誌點黏貼位置如圖3-5-1，總共51顆反光球。. 圖 3-5-1.. 反光球黏貼位置圖. 26.
(36) 表 3-5-1 反光球黏貼位置表. 編 號. 代號. 黏貼位置. 編號 代號. 黏貼位置. 1. RFHD. 右前額. 26. RASI. 右腸骨前上脊. 2. LFHD. 左前額. 27. LASI. 左腸骨前上脊. 3. RBHD. 右後額. 28. RPSI. 右腸骨後上脊. 4. LBHD. 左後額. 29. LPSI. 左腸骨後上脊. 5. CLAV. 鎖骨中間. 30. RTRO. 右股骨大轉子. 6. STRN. 胸骨剣突. 31. LTRO. 左股骨大轉子. 7. C7. 第七頸椎位置. 32. RTHI. 右大腿. 8. T10. 第十胸椎位置. 33. LTHI. 左大腿. 9. RBAK. 右肩胛骨. 34. RKNE. 右外側膝關節. 10. RSHO. 右肩峰. 35. mRKNE. 右內側膝關節. 11. LSHO. 左肩峰. 36. LKNE. 左外側膝關節. 12. RUPA. 右上臂. 37. mLKNE. 左內側膝關節. 13. LUPA. 左上臂. 38. RTIB. 右小腿. 14. RELB. 右外側肘關節. 39. LTIB. 左小腿. 15. mRELB. 右內側肘關節. 40. RANK. 右外側踝關節. 16. LELB. 左外側肘關節. 41. mRANK. 右內側踝關節. 17. mLELB. 左內側肘關節. 42. LANK. 左外側踝關節. 18. RFRA. 右前臂. 43. mANK. 左內側踝關節. 19. LFRA. 左前臂. 44. RMT1. 右腳第一蹠趾關節. 20. RWRA. 右外側腕關節. 45. RTOE. 右腳二三蹠趾關節中間. 21. RWRB. 右內側腕關節. 46. RMT5. 右腳第五蹠趾關節. 22. LWRA. 左外側腕關節. 47. LMT1. 左腳第一蹠趾關節. 23. LWRB. 左內側腕關節. 48. LTOE. 左腳二三蹠趾關節中間. 24. RFIN. 右中指掌指關節. 49. LMT5. 左腳第五蹠趾關節. 25. LFIN. 左中指掌指關節. 50. RHEE. 右腳後腳跟. 51. LHEE. 左腳後腳跟. (二) 動力學資料之收集： 二塊三維測力板 (90*60cm2)， Kistler 9287 (Kistler, Winterthur, SW) 與AMTI 5507 (Advanced Mechanical Technology, Inc., Watertown, MA) 及二台放大器，擷取頻率為 1000Hz，收集起跳與落地之地面反作用力的資料。. 27.
(37) 第六節 資料處理與分析 本研究之資料處理分為(一) 運動學資料數位化之過程、(二) 人體肢段模型建立、 (三) Visual3D 資料處理方法、(四) 運動學資料分析、(五) 動力學資料分析，六部分進行 說明。. (一) 運動學資料數位化之過程： 利用 Vicon Nexus 動作分析軟體，受試者進行不同方向攔網動作之反光點資料予以 數位化 (labeling)，並將數位化後的結果匯出成為 .c3d 的檔案格式。. (二) 人體肢段模型建立： 將受試者靜態姿勢 (static) 下的 .c3d 檔案匯入 Visual3D，接著依據受試者身上反光 球之名稱定義身體各肢段之起始點與肢段參數。Visual3D 中之肢段重量百分比與重心位 置是根據 Dempster (1955) 所定義的；轉動慣量（inertial of moment）則是根據肢段建立 時所定義的形狀所計算得到。Visual3D 將頭部定義為橢球體 (ellipsoid)，胸腔與骨盆為 圓柱體 (cylinder)，手掌為球體 (sphere)，上臂、前臂、大腿、小腿、足部為圓錐體 (cone)。. 1. 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 與 mR/LKNE 定義出；小腿 (Shank) 以 R/LKNE、mR/LKNE、R/LANK 與 mR/LANK 定義出；腿部 (Foot) 以 R/LANK、mR/LANK、R/LMT1、R/LMT5 與 R/LTOE 定義 出。 2. 骨盆 (Pelvis) 座標定義： RASI 與 LASI 的中點為 Pelvis 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） ，. 28.
(38) Z 軸（內旋為正，外旋為負）則是垂直於 XY 平面，如圖 3-6-1 所示。若以 ASIS 與 PSIS 四點定義出 Pelvis，Visual 3D 計算出髖關節中心的公式為：. 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) (Bell et al., 1990). 圖 3-6-1. Pelvis 座標示意圖（資料來源：http://www.c-motion.com/help. 3. 大腿 (Thigh) 座標定義： 以右腳為例，右大腿是由 RTRO、mRKNE、RKNE、RTHI 五點定義而成。以計算出 髖關節中心為原點，mRKNE 與 RKNE 中點為膝關節中心，膝關節中心往髖關節中 心連線為 Z 軸，髖關節中心往大轉子為 X 軸，X 軸與 Z 軸外積出 Y 軸。如圖 3-6-2 所示. 29.
(39) 4. 小腿(Shank)座標定義： 以右腳為例，右小腿是利用由 mRKNE、RKNE、mRANK、RANK、RTHI、五點定 義而成。mRKNE 與 RKNE 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，X 軸與 Z 軸外積出 Y 軸。如圖 3-6-3 所示。. 圖 3-6-2. 大腿座標示意圖. 圖 3-6-3. 小腿座標示意圖. 30.
(40) 5. 足部(Foot)座標定義： 以右腳為例，右足掌是由 RANK、mRANK、RMT1、RMT5、RHEE、RTOE 六點定 義而成。以 mRANK 與 RANK 中點為踝關節原點，RMT1 與 RMT5 的中點朝踝關 節原點連線定義出 Y 軸，踝關節原點朝 RANK 定義出 X 軸，X 軸與 Y 軸外積出 Z 軸。如圖 3-6-4 所示。. 圖 3-6-4. 足部座標示意圖. (三)Visual3D 資料處理方法： 將運動學與測力板的資料匯入 Visual3D、並建立好模型後，分別透過卡當角（Cardan angle）角度計算與動力學逆過程 (Inverse Dynamic) 的方式進行關節角度與動力學參數 之運算。. 【卡當角計算公式】 關節角度是由兩肢段座標（local coordinate）之間的關係－旋轉矩陣（rotation matrix）所計算得到。假設在旋轉順序 Xy’z”下的角度分別為 α、β、γ，則旋轉矩陣. 31.
(41) cosβcosγ [R] = [ sinαsinβcosγ + cosαsinγ −cosαsinβcosγ + sinαsinγ. −cosβsinγ −sinαsinβsinγ + cosαcosγ cosαsinβsinγ + sinαcosγ. sinβ −sinαcosβ] cosαcosβ. 可以求得 cos23 −sinαcosβ ] = tan−1 [− ] cos33 cosαcosβ cos13 sinβ β = tan−1 [ ] = tan−1 [ ] √cos232 + cos332 √(−sinαcosβ)2 + (cosαcosβ)2 cos12 cosβsinγ γ = tan−1 [− ] = tan−1 [− ] cos11 −cosβcosγ α = tan−1 [−. 【動力學之計算】 Visual3D 在進行動力學逆過程演算時是使用遞歸 (recursive scheme) 的方式，逆過 程推導的特徵之一是直接將外在的作用力與力矩加至肢段上。如圖 3-6-5。. (a) 向量的定義 （ ：質心位 置）. (b) 近端關節與慣性產 生的力與力矩. 圖 3-6-5.. (c) 外力與力偶. 動力學逆過程推導示意圖. 32.
(42) 在實驗室座標系中（Globe coordination system），近端關節受到遠端肢段之外力所 產生的反作用力可由以下公式得知：. 其中 mi: 肢段 i 的質量 ai: 肢段 i 的加速度 n: 在此動力鍊中，遠端肢段的數量 q: 外力的數量 Fq: 作用之外力. 在肢段座標系中（local coordination system），肢段近端的力偶（couple）：. 肢段座標系的慣性矩（inertial torque）藉由轉置矩陣轉換成實驗室座標系：. 由於慣性因素造成作用在肢段上的力偶產生的力矩：. 將力量項次展開，並簡化結果方程式，即可得到近端關節之關節力矩：. 其中 p: 外力偶的數量 Pj: 作用在近端關節的外力向量 Ri: 各個遠端肢段重心到近端關節的距離. 33.
(43) (四) 運動學資料分析： 以 Vicon 高速攝影機收集反光球資料，拍攝頻率為 250Hz，本實驗所得影像資料以 Vicon Nexus 進行 3D 影像重建及標誌點的命名與補點之後，再以 Visal3D (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 10Hz 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負值，屈曲角度定義為正值；踝關節 背屈角度定義為正值，蹠屈角度定義為負值。額狀面：髖關節與膝關節外展角度為正值， 內收角度為負值。踝關節外翻角度正值，內翻角度為負值。本研究動作要求以雙腳著地， 主要分析慣用腳之運動學參數。. (五) 動力學資料分析： 利用兩塊測力板 (Kistler 9287、AMTI 5507)，擷取頻率為 1000Hz，透過 Visal3D (CMotion, Rockville, MD, USA) 軟體處理分析，測力板所測得的資料用來判斷著地的瞬間， 並將其測得之地面反作用力資料進行分析。因各體之間體重的差異，以身體的體重對原 始資料進行標準化，將標準化後之地面反作用力進行處理分析。下肢關節力矩以身體的 質量對原始資料進行標準化，將標準化後之關節力矩進行處理分析。資料分析著地瞬間 到身體重心最低點之相關動力學參數。. 34.
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