2022年8月17日

范德比尔特使用动作捕捉技术评估运动模式伟德bv备用网址

一开始是脚部或小腿持续的刺激性疼痛，然后会越来越强烈，可能还会出现肿胀，很快跑步者就会知道自己因为最常见的跑步损伤之一:应力性骨折而退出比赛。这些骨头上的微小裂缝可能会导致几个月的训练中断，甚至结束一个运动赛季。

价值数十亿美元的可穿戴设备行业的一部分旨在拯救潜在受害者免受这种命运，但范德比尔特大学(Vanderbilt University)的一位工程学教授发现了一个主要问题:这些设备测量的东西是错误的。

与当地一家跑步俱乐部、一位为NFL球员协会提供咨询的骨科专家以及范德比尔特大学的工程师团队合作，机械工程助理教授Karl Zelik发现传感器只能测量脚撞击路面的冲击力——几乎所有传感器都是这样做的——无法告诉用户导致应力性骨折的骨头上的力。

他的研究证实，骨骼上的绝大多数力实际上来自肌肉收缩，而不是脚对地面的冲击，这一发现被可穿戴设备行业和许多科学研究广泛忽视。

Zelik的研究发表在同行评审期刊《公共科学图书馆·综合》(PLOS One)上，题为“在不同速度和斜坡上跑步时，地面反作用力指标与胫骨骨负荷没有很强的相关性:对科学、运动和可穿戴技术的影响”，该研究最清晰、最简单地展示了现有工具和评估骨应力和损伤风险的流行方法背后的问题。

“我们查阅了最近的科学文献，我们发现每年有50多份科学出版物根据这个错误的假设来报道或解释他们的结果，即地面反作用力代表了内部结构载荷——身体内部骨骼和肌肉的压力，”前大学田径运动员泽利克说。“测量地面反作用力可能很方便，但这是错误的信号。”

市场上已有的可穿戴式加速度计和压力传感器可能有助于监测骨骼应力损伤风险，但前提是它们结合了地面反作用力和肌肉对骨骼的拉力的信息。一般来说，你不能假设地面反作用力的增加意味着骨骼压力的增加，埃米莉·马蒂耶维奇(Emily Matijevich)说，她是泽里克实验室的机械工程博士生，自己也是一名狂热的跑步者。

马蒂耶维奇进行了这项研究概述的实验室工作，在不同的速度和斜坡上测试了10名跑步者。

她说:“我们使用高速运动捕捉摄像机来跟踪跑步者的运动，并使用一种特殊的力测量跑步机来记录他们脚下的地面反作用力。”“然后，我们使用生物力学算法将这些信号结合起来，以估计胫骨在小腿中所经历的压力，这是应力性骨折发生的常见部位。在几乎所有的情况下，我们发现地面反作用力与胫骨骨负荷没有很强的相关性。”

在一些情况下，较低的地面反作用力实际上意味着对胫骨的压力更大，这一发现与大多数运动员的看法相反，也与大多数现有可穿戴设备的工作原理相反。

这项研究始于两年前，当时范德堡大学骨科助理教授里昂·斯科特(Leon Scott)向泽里克提出了一个简单的问题:可穿戴传感器能否有效地用于预防斯科特每天在诊所看到的应力性骨折?

Matijevich、Zelik和Scott目前正在探索非侵入性监测骨应力的新方法，并于最近提交了一项专利申请，该系统融合了多个可穿戴传感器的数据，以估计来自肌肉收缩和地面反力的胫骨负荷。他们正在寻求商业合作伙伴来开发这种新的可穿戴技术，并探索休闲跑步者、军校学员和精英运动员的应用。

斯科特说，该团队正在开发的可穿戴传感器和新算法的结合，可以更好地描绘骨骼压力，有可能帮助跑步者降低受伤的几率。

“当比赛进行时，你能做的只有这么多，因为这些都是高速受伤，但我们可以在训练和训练期间对应力性骨折做一些事情，”斯科特说。“现在，除了经验和轶事，我们没有很好的工具来告诉我们骨头发生了什么，不幸的是，这些都让相当一部分人失望。”

以上内容为范德比尔特大学的新闻稿。