整合壓力映射與時空數據以提升人類表現

隨著運動員與教練持續尋求在職業體育領域保持競爭優勢,他們對運用新科技來更深入理解與監測人體表現的興趣日益增長。 

足底壓力測量數據——特別是與慣性測量單元(IMU)等其他系統數據整合時——有助於全面掌握運動員的表現狀況,這對技術訓練與復健皆具助益。

在分析人體動作時,理解時間、數量與品質如何相互影響至關重要。

時間-品質-數量

時間

運動隨時間發生,而多數生物力學與表現分析皆基於與運動相關的時段。(Knudson, 2007)

在描述跑步與衝刺等週期性模式時(通常劃分為不同時段發生的各階段),我們運用時間間隔來分析作用力隨時間施加的影響(即衝量),以及肌肉力學特性(肌肉達到峰值張力所需的時間)。

任何運動狀態的改變皆隨時間產生,並遵循力-時間原理——該原理指出,作用於物體上的力所施加的時間長度,將影響該物體的運動狀態。 

閱讀我們的研究論文:《XSENSOR 鞋內壓力測量系統的有效性與可靠性》

數量與品質

定量分析以數字描述與解析動作——例如對預先設定的表現指標進行統計分析——而定性分析則透過將動作視為模式,以非數字方式描述與解析動作。(Bartlett, 2007)

 

資料整合

採用整體方法分析人類表現,意味著理解各系統與子系統如何協同運作——換言之,必須整合不同數據集才能掌握全貌。

運動表現科學中的「整合」一詞,通常指一種跨學科方法,包含分析來自不同領域的多重變量資訊,無論是生物力學、生理學或心理學。(Balagué et al., 2016)

 

整合與分析數據 智能鞋墊 | Pro X4 智能鞋墊

壓力映射技術為運動科學家、體能訓練教練及復健專業人員提供了一種簡易、精準且可靠的方法,能將與動作相關的時段與定量及定性數據整合,從而更深入理解人體動作機制。

智能鞋墊 | Pro 版能輕鬆整合不同數據集,其核心優勢在於可同步處理來自鞋墊感測器的足底壓力數據,以及外接慣性測量單元(IMU)所提供的時空動態數據。系統隨附的專業級 Pro Foot & Gait 軟體,能對這兩類數據進行深度分析。

 

運用壓力感測器、慣性測量單元與X4軟體分析時間、質性與量化資料集

 

時間

時間間隔用於理解施加力隨時間的變化行為,以及步態週期各階段的時機與持續時間。壓力與慣性測量單元(IMU)數據的整合,提供了兩組可在Pro Foot & Gait軟體中分析的基礎數據集: 

  1. 力(壓力)與時間曲線
  2. 步態統計

力(壓力)與時間曲線

力(壓力)與時間曲線在評估人體表現方面具有基礎性作用。在運動表現領域,這是應用生物力學最重要的原理之一。

如下圖所示,透過Pro Foot & Gait軟體,我們可評估雙側足部的力-時間關係,以及衝擊力的持續時間與強度,同時分析推進階段的相關參數。

步態統計

步態統計數據能深入解析步長持續時間、左右足擺動與支撐階段,不僅可偵測步態過程中的非對稱性,更能量化百分比標準差。先進演算法可完整提取步態週期,透過整合足底壓力與慣性測量單元(IMU)數據,在同步視覺化足底壓力變化曲線的同時,精準提供支撐期與擺動期的時間統計數據。

X4 足部與步態軟體

數量

無論是力、壓力、速度或角度,定量測量都能回答「有多少?」這個問題它指的是可轉化為數字的數據。

迴轉圖與三箱分析代表此類別中最重要的兩組數據集。

環形圖X4 軟體循環圖

壓力中心軌跡圖(亦稱蝴蝶圖)是顯示壓力中心(CoP)在選定連續步態週期中軌跡的圖表。此圖能有效反映步態與跑步過程中壓力中心的變異性,以及整體神經肌肉穩定性。

透過步態圖,您可測量並計算步態中心點(CoP)在橫向及前後方向的變異幅度,同時評估步行與跑步過程中的橫向對稱性。此技術能深入解析動態穩定性、動作對稱性及補償機制,提供強而有力的分析洞見。

三箱分析

三區分析法可將足部劃分為多個關注區域,以便針對足部各區段(後足、中足及前足)分別分析壓力值與力-時間曲線。

將每隻腳的區域曲線分離分析,能讓教練進一步評估足部功能,並找出不同部位的特定弱點——這些弱點即使是最資深且技術嫻熟的教練,也可能無法察覺。

 

品質

質性數據著重於幾何圖案而非數字。峰值壓力圖像與壓力中心軌跡是此類別中最重要的兩組數據集。

峰值壓力圖像

峰值壓力圖像顯示足底在整個站立期滾動過程中所有峰值壓力區域。

透過峰值壓力圖像,我們能夠偵測到異常的高壓或低壓區域,以及足底壓力分布圖中的左右不對稱現象。

CoP 路線

透過X4智能鞋墊,您可追蹤步行、跑步、衝刺時的重心軌跡,以及任何動作模式(如深蹲或弓步)的重心路徑。

在評估CoP的軌跡與演進時,有兩項重要面向需納入考量:

  1. 軌跡
  2. 起點/終點

所謂軌跡,意指足底滾動過程中足底壓力點(CoP)軌跡的形狀,反映動態活動中的穩定性與運動效率水平。

對於起始點與終點,我們將其定義為足底壓力中心(CoP)開始與結束其移動軌跡的點位,此現象直接源自足部著地與推進力學的動態作用。 

要精確測量與人體表現相關的時間、數量及品質,需要一套能捕捉足底壓力與時空數據的工具組。

透過整合智能鞋墊 | Pro與慣性測量單元(IMU)數據,運動員與教練得以獲取關鍵洞察,在訓練與復健過程中建立競爭優勢。

欲深入了解足底壓力測量系統如何協助生物力學專業人士為客戶降低運動傷害風險並提升人體表現,請下載我們的電子書 《運動領域足底壓力測繪入門》

運動足底壓力測繪入門電子書下載


參考文獻

巴拉格等,運動科學整合:一種演化綜述,《歐洲運動科學期刊》。2017年2月;17(1):51-62。  

巴特利特,R.(2007)《運動生物力學導論》第二版。勞特利奇出版社。

克努森,D.(2007)《生物力學基礎》第二版。斯普林格出版社。

返回部落格

相關文章

播客:如何運用XSENSOR智能鞋墊設計與執行評估方案 | Pro系統

布魯斯·馬金森(XSENSOR科技公司)攜手運動表現專家...

線上研討會(第三部分):籃球壓力分布圖

XSENSOR Technology第三場線上研討會,隸屬「團隊運動中的足底壓力測繪」系列...

足底壓力圖譜分析下的鞋款合腳性與性能表現

在我們關於跑步力學的系列文章中,先前已探討過...的特性。