praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse 1

PRAKTIJKDEMONSTRATIES SPECIFIEKE BEWEGINGANALYSE
INHOUD:
I: KINEMATICA: 2D VIDEO, 3D VIDEO, HIGH SPEED VIDEO, MOTION CAPTURE
II: KINEMATICA: EENVOUDIGE SYSTEMEN
III: DYNAMOGRAFIE
IV: ISOKINETISCH APPARAAT
BEDOELING:
- Weten welke methodes beschikbaar zijn en wat hun voor- en nadelen zijn.
- De methode(s) die je voor jouw sportspecifiek project nodig hebt (onder begeleiding) kunnen toepassen in een
voorproef.
- Het is NIET de bedoeling om alle andere beschreven apparatuur & methodes zelfstandig te kunnen gebruiken.
Meestal staat er een korte handleiding of link in deze syllabus => die moet je dus niet van buiten kennen, dit is
enkel bedoeld als referentie voor als je de methode nodig zou hebben voor jouw eigen project.
- Je moet WEL in staat zijn om voor nieuwe vraagstellingen (ook buiten jouw eigen project of sport) te
beslissen welke methodiek het meest aangewezen is. Om een goed inzicht te hebben in de voor- en nadelen
moet je deze technieken dus gezien hebben (tijdens de demonstraties) en weten op welk principe ze gebaseerd
zijn.
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
1
II KINEMATICA: 2D VIDEO, 3D VIDEO, HIGH SPEED VIDEO, MOTION CAPTURE
1. Video gebaseerde kinematica
1.1 2D video
Principe:
- Filmen met vaste camerapositie loodrecht op vlak van beweging.
- Voor of/en na de opname van de beweging beweging wordt ook een 2D calibratieframe met gekende
afmetingen gefilmd (bijvoorbeeld vierkant van 1m²).
- In de verwerkingssoftware worden markers op het lichaam van de atleet aangeduid en beeld per beeld
gevolgd.
Voorbeeld van manueel tracken van markers in Simi motion
- De afmetingen van het calibratieframe worden ook aangeduid in de verwerkingssoftware.
- Aan de hand hiervan worden de coördinaten van de markers omgezet van schermcoördinaten naar afstanden.
- Met deze positiegegevens worden dan allerlei variabelen afgeleid (trajecten van markers, snelheden,
segmentshoeken, gewrichtshoeken, positie van het lichaamszwaartepunt aan de hand van segmentsmassamodel,
angulair momentum, …)
- Deze gegevens kunnen geëxporteerd worden in een tabel (bvb. .txt of .xls formaat) die verder verwerkt kan
worden tot grafieken enz....
Aandachtspunten:
- Film best van zo ver mogelijk met maximale zoom.
- Je kan gaan rekenen maken met een calibratievoorwerp in één richting (bijvoorbeeld een meetlat) maar het is
beter om zowel in horizontale als in verticale richting te calibreren (bijvoorbeeld met een frame van 1m²) omdat
camera’s het beeld vaak verbreden of versmallen.
- Het calibratieframe moet zo dicht mogelijk bij de beweging & het formaat moet aangepast zijn aan de
beweging.
- Er zijn oplossingen mogelijk om met niet loodrechte en/of bewegende camera te werken maar dit is niet
ideaal.
Voordelen:
- Kan met éénvoudige consumer camera’s
- Eénvoudig in methode en interpretatie achteraf
Nadelen:
- Met 1 camera gebeurt het vaak dat bepaalde lichaamsdelen andere lichaamsdelen verbergen. Je kan dan de
positie schatten bij het tracken maar dat is niet ideaal.
- Veel bewegingen die hoofdzakelijk in één vlak lijken plaats te vinden (vb. lopen) bevatten belangrijke
componenten die eigenlijk in 3D bestudeerd horen te worden (vb. pronatiebeweging)
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
2
Begrippen:
- Segmentshoek - gewrichtshoek: Een segmentshoek geeft de oriëntatie van een segment (bvb. voet, onderbeen,
…) ten opzichte van het labo referentiestelsel. In 2D is dit bijvoorbeeld de hoek van het segment ten opzichte
van een horizontale of ten opzichte van een verticale lijn (bvb. de eversiehoek van het practicum van 3ba is een
segmentshoek)
Een gewrichtshoek: Geeft de hoek tussen 2 aangrenzende segmenten aan. Dit kan op verschillende manieren
bepaald worden: de ingesloten hoek of hoek tussen het verlengde van het één segment en het andere segment.
Maakt dus steeds een stikfiguur waarop je aanduid hoe je de hoeken bepaald hebt. (vb. de pronatiehoek van het
practicum van 3ba is een gewrichtshoek).
Segmentshoek
gewrichtshoek
(uit Maxtraq)
- Genormaliseerde segments/gewrichtshoek: Bij verschillende proefpersonen is het soms moeilijk om de
markers op dezelfde plaats te zetten. Soms wordt dit aangepast door een meting van de hoeken te doen in
staande anatomische positie en deze af te trekken van de hoek tijdens de beweging. Men spreekt dan van
genormaliseerde hoeken. Een nadeel hiervan is dat men hieruit niet meer de verschillen te wijten aan
verschillen in anatomische positie kan halen.
Voorbeeld van niet genormaliseerde & genormaliseerde gewrichtshoek
- Anatomische markers – tracking markers: Om de oriëntatie van een segment te bepalen moet men markers op
anatomisch herkenbare punten plaatsen. Dit zijn meestal de begrenzende gewrichten. Voor het onderbeen te
bepalen gaat men bijvoorbeeld markers plaatsen op de knie en de enkel. Dit noemt men anatomische markers.
Nadelen van anatomische markers zijn dat de huid ter hoogte van de gewrichten veel beweegt en deze markers
meestal uitsteken en bijgevolg gemakkelijk loskomen.
Daarom gaat men vaak markers plaatsen op een willekeurige positie op het segment (minstens 2 voor 2D &
minstens 3 voor 3D) om de beweging te tracken. Dit noemt men tracking markers. Wanneer men tracking
markers gebruikt heeft men nog steeds anatomische markers nodig om de initiële positie van het segment te
kennen. Vaak maakt men een opname met de anatomische markers in anatomisch staande positie en haalt men
deze dan weg tijdens de beweging. Tracking markers worden vaak op platen op het subject geplaatst omdat dit
gemakkelijker blijft vastzitten. Bij de interpretatie van de resultaten moet men er wel rekening mee houden dat
sommige bewegingen te wijten zijn aan het schudden van de huid, spieren, enz… .
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
3
Anatomische markers - Tracking markers
- Manuele tracking – automatische tracking – markerloze automatische tracking: Bij manuele tracking moet de
gebruiker beeld per beeld de markers met de muis aanklikken. In de meeste softwarepaketten wordt je hierbij
geholpen doordat de muis automatisch naar de te verwachten locatie van de volgende marker verspringt. Een
voordeel van deze techniek is dat je de atleet niet hoeft te hinderen door markers op de huid te kleven.
Bijgevolg is deze techniek bruikbaar tijdens wedstrijdsituatie.
Bij automatische tracking kan je een marker die voldoende contrasteerd met de omgeving laten volgen door
middel van patroonherkenning. Om beter contrast te bekomen laat men soms een lichtspot schijnen op
reflecterende markers. (Deze techniek is gelijkaardig aan de techniek voor automatische motion capture met
reflecterende markers die later besproken wordt). Meestal werkt automatische tracking niet perfect en moet je
dus fouten aanpassen (= semi-automatisch).
Door geavanceerde beeldherkenningssoftware kan men sommige situaties automatische tracking zonder
markers doen. Dit wordt bijvoorbeeld al gebruikt in een accessoire voor videospelletjes (xbox kinect). De
vereisten voor toepassing voor wetenschappelijk onderzoek zijn anders dan voor entertainment: De getrackte
beweging moet er niet alleen goed uit zien maar men wil bijvoorbeeld ook snelle impact-bewegingen of axiale
rotaties correct registreren. Bijgevolg wordt markerloze automatische tracking voorlopig nog bijna niet gebruikt
in sportbiomechanica.
Software:
- Maxtraq
Eénvoudige software voor 2d video met mogelijkheid voor auto-tracking. Gratis 15-dagen trial.
Download link: http://www.innovision-systems.com/downloads/products/maxtraq/v2.0/mtsetup.exe
Handleiding: http://www.innovision-systems.com/Help/MaxTRAQ/index.html
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
4
- Skillspector
Volledig freeware! Ook geschikt voor 3d. Minder intuïtief dan Maxtraq.
Download link: http://video4coach.com/software/SkillSpector.exe
Handleiding:
http://video4coach.com/index.php?option=com_content&view=article&id=43&Itemid=10&lang=en
- Simi motion
Vooral geschikt voor 3d. Op het labo hebben we ook een toegewezen pc waarmee synchroon tot 3
hogesnelheids camera’s kunnen binnengenomen worden. Is betalend & werkt met usb-sleutel die we niet zullen
uitlenen => als je deze software nodig hebt voor jouw project zal je een afspraak moeten maken om hier op het
labo mee te werken.
Korte uitleg: http://www.simi.de/en/markets/sport/motion/index.html
- Kinovea & Dartfish
Deze softwarepaketten bieden ook mogelijkheden om markers en hoeken te tracken. Toch zijn deze paketten
éérder bedoeld voor qualitatieve analyses in trainingscontext. Voor wetenschappelijk onderzoek genieten de
éérder vernoemde paketten de voorkeur.
-…
1.2 3D video
Principe:
- De beweging wordt met twee of meer camera’s gefilmd.
- Voor of/en na de opname van de beweging beweging wordt ook een 3D calibratieframe met gekende
afmetingen gefilmd (bijvoorbeeld een kubus van 1m³).
- In de verwerkingssoftware worden markers op het lichaam van de atleet aangeduid en beeld per beeld gevolgd
voor iedere camera.
- Aan de punten van het calibratieframe worden in de verwerkingssoftware x, y & z coördinaten toegekend.
- Aan de hand van de verwerkte beelden van het calibratieframe berekent de verwerkingssoftware de positie &
richting van de camera’s.
- Door driehoeksmeetkunde toe te passen kan de verwerkingssoftware bepalen waar de projectielijnen van een
marker elkaar kruisen & bijgevolg de ruimtelijke positie van iedere marker achterhalen.
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
5
- Hiermee kunnen gelijkaardige variabelen berekend en geëxporteerd worden als bij 2D video.
Voorbeeld van output uit simi motion: 3d stickfiguur, zwaartepuntsbaan, kniehoek, …
Aandachtspunten:
- De camera’s moeten onder een zo groot mogelijke hoek ten opzichte van elkaar naar de uitvoerder kijken. Dit
kan je bekomen door zowel de horizontale als de verticale positie van de camera’s te veranderen.
Cameraposities vlak bij elkaar of recht tegenover elkaar zijn dus het minst goed. Wanneer men slechts 2
camera’s gebruikt dan neemt men meestal één saggitale en één frontale positie omdat deze posities ook
afzonderlijk (dus 2D) interessant zijn.
- Voor de calibratie zijn 8 punten in theorie voldoende (bijvoorbeeld de 8 hoekpunten van een kubus). Het is
echter beter om zo veel mogelijk gekende punten in te geven (bijvoorbeeld aanduidingen op gekende afstanden
op de ribben van de kubus) om de nauwkeurigheid te verbeteren.
- In theorie zijn 2 camera’s voldoende maar vaak is het zo dat bepaalde lichaamsdelen verborgen worden
worden door andere lichaamsdelen tijdens bepaalde fasen van de beweging (bijvoorbeeld wanneer de knieën
voorbij elkaar passeren). Daarom wordt er meestal met 3, 4 of soms met meer camera’s gewerkt. Het volstaat
dan dat iedere marker op ieder beeld ten minste met 2 camera’s te zien is (dit hoeven niet steeds dezelfde 2
camera’s te zijn). Door markers op meer dan 2 camerabeelden te tracken verbeter je ook de nauwkeurigheid.
- Je moet de opname’s van gelijk kunnen zetten in de tijd. Dit kan achteraf in de verwerkingssoftware aan de
hand van een gebeurtenis die duidelijk te herkennen is (bijvoorbeeld een balbots, een flits met een zaklamp of
een filmklapper). Deze oplossingen zijn bruikbaar met consumer camera’s. Er bestaan ook systemen waarmee
verschillende camera’s via 1 pc synchroon getriggered worden (vb. simi motion).
- Bij het tracken van gewrichten verdient het de voorkeur om het centrum van het gewricht aan te duiden ipv de
positie van een marker op de huid.
Voordelen:
- 3D = meest volledige informatie
Nadelen:
- De zone waarbinnen goede opname’s verkrijgbaar zijn is beperkt (enkele m²’s)
- 2, 3, … camera’s => 2, 3, … x zoveel verwerkingstijd als voor 1 camera
- automatische tracking werkt voorlopig nog niet zo goed in 3D
=> zeer arbeidsintensief
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
6
Begrippen:
3D gewrichtshoeken (of segmentshoeken): Een gewrichtshoek in 3D kan men op verschillende manieren
beschreven worden:
- De kleinste ingesloten hoek = De ingesloten hoek in een vlak waarbinnen het gewricht en de 2 segmenten
vallen. Het nadeel hiervan is dat de ligging van dit vlak kan variëren. Deze manier van rapporteren is dus enkel
zinvol voor een gewricht waarvan de voornaamste bewegingen in één vlak gebeuren (vb. knie) anders weet je
niet wat de hoek betekend.
- Projecties van de ingesloten hoek op een vlak. Dit kan geprojecteerd worden op vlakken van het labo
(horizontaal, …) maar ook op anatomische betekenisvolle vlakken (sagittaal, frontaal, transversaal)
- De 3 componenten van de rotaties die het assenstelsel van het distale segment moet uitvoeren om evenwijdig
met het proximale segment te komen. Deze rotaties zijn bovendien onderhevig aan de volgorde waarin ze
uitgevoerd worden (Daarom wordt dit meestal vastgelegd als volgt 1: latero-laterale as, 2 anterior-posterior as,
3 cephalo-caudale as).
Software:
Skillspector & Simi motion (uitleg bij hoofdstuk 2D video)
…
1.3 High speed video (kan ook 3d)
Voordeel:
- Je kan snelle bewegingen volgen die anders niet te detecteren zijn (vb. spin van bal of exacte tijdstip van
impact)
Nadelen:
- Bij hogesnelheidsopname’s zijn meestal extra lichtspots nodig (dit kan hinderlijk zijn bij bepaalde sporten).
De sluitertijd is de tijd gedurende dewelke het diafragma geopend is bij ieder stilstaand beeld van de opname.
Deze sluitertijd wordt beperkt door de beeldfrequentie. Bij hogesnelheidsopname’s is de sluitertijd automatisch
lager en kan er dus weinig licht binnenkomen.
- hogere beeldfrequentie => meer beeldjes voor een zelfde opnameduur => grotere verwerkingstijd bij manuele
tracking.
Systemen:
In het labo bewegingsleer hebben we volgende camera’s ter beschikking:
- 1 Redlake: kan tot 500 hz opnemen bij een redelijke belichting (maximum is 10 000hz maar dit is niet
bruikbaar voor toepassingen in sportbiomechanica).
- 3 Basler: kunnen tot 200 hz opnemen bij een redelijke belichting & resolutie (bij hogere frequentie is de
resolutie & belichting onvoldoende). Worden synchroon getriggerd door één pc wat handig is voor 3D video.
- 2 Casio’s: Consumercamera’s (!), kunnen tot 300hz opnemen bij een redelijke resolutie (512x348).
Handleiding: http://support.casio.com/pdf/001/EXF1_MF_FD_110808_E.pdf
Voordelen Casio:
Zeer lichtgevoelig. In goede omstandigheden kan men aan 300hz zonder spots opnemen.
Afzonderlijke camera hoeft niet aangestuurd te worden door pc. Dus gemakkelijk mobiel te gebruiken in
trainingssituatie.
Consumermodel => relatief goedkoop
Nadelen Casio:
Meerdere camera’s kunnen niet synchroon getriggerd worden. De beeldfrequentie is niet exact 300hz.
Opname’s zijn in .mov/quicktime formaat. Er is dus een compressie en licht kwaliteitsverlies en de beelden
moeten voor bepaalde verwerkingsprogramma’s éérst omgezet worden naar .avi formaat.
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
7
Redlake
Basler
Casio
2. Automatische 3D motion capture:
2.1 Optisch systeem met passieve markers
Principe:
- Camera’s die infraroodstraling uitzenden, detecteren reflecties van bolvormige markers (De markers zenden
uit zichzelf niets uit => vandaar de term “passieve markers”)
- De opstelling van de camera’s wordt gecalibreerd aan de hand van een opname met een L vormig frame met
markers dat de voor-achterwaartse & zijdelingse as van het labo-assenstelsel voorsteld & een stok met 2
markers op een exact gekende afstand die door de ruimte wordt bewogen.
- De software herkent de trajecten van markers tijdens een beweging. Initiëel weet de software niet welke
lichaamsdelen achter welke markers zitten.
De gebruiker moet dus in het begin met een lijstje aangeven waar de verschillende markers voor staan.
- De automatische herkenning van de trajecten van de markers is niet feilloos.
Soms gebeurt dat een traject verspringt naar het traject van een andere marker wanneer twee markers dicht bij
elkaar passeren.
Soms gebeurt het dat een traject onderbroken wordt doordat een marker verborgen wordt door omliggende
lichaamsdelen.
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
8
Soms ontstaan er trajecten waar er geen markers zijn door storingen door zonlicht, blinkende kledingsstukken,
enz… .
=> Al deze fouten moeten manueel opgespoord & gecorrigeerd worden. Onderbrekingen in trajecten van
vloeiende bewegingen kunnen en mogen opgevuld worden met een vloeiende lijn door middel van een
wiskundige functie. (Wanneer zo een onderbreking plaats vindt tijdens een snelle impactbeweging dan kan men
dit echter niet op correcte wijze opvullen).
Systeem:
In het labo hebben we een motion capture systeem van Qualisys met 12 camera’s die tot 240hz kunnen
opnemen.
Handleiding:
http://stud.aitel.hist.no/locmoc/svnbrowser/filedetails.php?repname=Locmoc+SVN&path=%2F_div%2Fqualisy
s%2Fqtm_manual.pdf&rev=225
Voordelen:
- Hoge temporele & ruimtelijke nauwkeurigheid (bij 3D video halen we doorgaans een nauwkeurigheid van +/2 cm  Qualisys haalt een nauwkeurigheid van +/- 1 mm)
- Relatief snelle verwerking voor 3D kinematica
- Met tracking kunnen axiale rotaties van segmenten bepaald worden (endo & exorotatie). (<=> Dit is met 3D
video meestal niet haalbaar en negeert men deze bewegingen door de segmenten te beschouwen als
lijnstukken.)
Nadelen:
- De segmenten die begrensd worden door markers worden beschouwd als starre voorwerpen. Je ziet alleen de
markers en kan dus bijvoorbeeld niet zien hoe een segment (bvb. schoen) vervormt, hoe de huid verschuift,
wanneer de voeten contact maken met de grond, …. Als je niet precies weet wat er gebeurt kan het zinvol zijn
om bijkomende video-opname’s te hebben om exploratief te bekijken.
- bolvormige markers blijven niet altijd goed zitten, zijn soms hinderlijk en kunnen niet gebruikt worden op
lichaamsdelen die contact maken (vb. wreef bij voetbal, rug bij judorol, …)
- De zone waarbinnen goede opname’s verkrijgbaar zijn is beperkt (enkele m²’s)
- Vanwege varierend zonlicht moeilijk buiten te gebruiken (alhoewel recentere systemen hier al tegen bestand
zijn)
=> Dit is eerder een labo methode
2.2 Optisch systeem met actieve markers
Principe:
Actieve markers zenden zelf signalen uit naar camera’s in plaats van reflecties.
Voordelen:
- De signalen van de markers kunnen meestal van elkaar onderscheiden worden waardoor het niet meer nodig is
om de markers te labelen.
- De herkenning werkt beter.
Nadeel:
- De markers moeten voorzien worden van voeding & aansturing en dus verbonden worden
- Het aantal markers beperkt.
Systemen:
- Er bestaan actieve markers voor gebruik met Qualisys (niet beschikbaar bij ons labo)
- Het Retul fietspositionneringssysteem dat sommigen onder jullie misschien kennen is ook gebaseerd op
actieve markers. (niet beschikbaar bij ons labo)
Uitleg: http://www.retul.com/how-it-works.asp
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
9
2.3 Inertiële sensoren
Principe:
- Op ieder segment wordt er een unit geplaatst waarin verschillende sensoren zitten: Gyroscopen => rotatie,
accelerometers => acceleratie, magnetometer => richting t.o.v. aard-magnetisch-veld, soms GPS => grove
positie.
- Net als bij klassieke motion capture wordt er opname in staande anatomische positie gemaakt. Op basis van
afwijkingen ten opzichte van deze initiële configuratie worden de bewegingen gereconstrueerd.
Voordelen:
- Bereik tot 150m van meetpc (Xsens).
- Geen directe line of sight nodig.
=> geschikt voor sporten waarbij er een grote verplaatsing is (roeien, skiën, …)
Nadelen:
- Drift: de berekende positie keert niet altijd terug naar de uitgangshouding terwijl dit wel zo zou moeten zijn.
- De magnetometer wordt sterk beïnvloed door metalen voorwerpen
- Minder nauwkeurig voor snelle bewegingen.
- Sensoren + kabels op de atleet = hinderlijk.
Systemen:
- Xsens (niet beschikbaar bij ons!)
Uitleg: http://www.xsens.com/en/movement-science/mvn-biomch
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
10
3. Geavanceerde kinematische analysesoftware: visual3D
- Input = verwerkte files uit opnamesoftware (bvb. Qualisys) in .c3d formaat
- De pogingen van verschillende proefpersonen,condities, …worden in een database bijgehouden en kunnen
gemakkelijk opgeroepen en vergeleken worden.
- Naast de bewegende files moet men ook een statische opname van anatomische positie invoeren. Dit is nodig
om te definiëren hoe de segmenten liggen ten opzichte van de tracking markers aan de hand van de anatomische
markers. Dit laat ook toe om de segmentshoeken/gewrichtshoeken te normaliseren (afwijking ten opzichte van
anatomische positie in plaats van absolute hoek).
- Bepaalde terugkerende gebeurtenissen (“events”) kunnen aangeduid worden (vb. initiëel voetcontact, toe off,
…). Hiermee kan je dan vragen om bijvoorbeeld het verloop van een hoek van alle pogingen in een bepaalde
fase in grafiek te zetten (vb. steeds de fase tussen initiëel contact en toe off = contactfase).
- Naast kinematische gegevens kunnen ook metingen van grondreactiekrachten & andere signalen ingevoerd
worden.
- Met alle gegevens kunnen geavanceerde variabelen berekend worden. Uit de combinatie van de kinematica
met grondreactiekrachtgegevens kunnen bijvoorbeeld de gewrichtskinetica berekend worden (netto
gewrichtsmoment, vermogen, …). Dit proces noemt men inverse dynamica. De inverse dynamica berekeningen
zijn minder nauwkeurig hoe verder men van het krachtmeetplatform gaat. Bij dubbel voetcontact is het nodig
om de afzonderlijke grondreactiekracht voor ieder been te hebben (dus 2 grondreactiekrachtplatformen).
- Alle handelingen in de software kunnen via een specifieke programmeertaal uitgevoerd worden zodat dit
geautomatiseerd kan worden.
Handleiding, tutorials, … : http://www.c-motion.com/v3dwiki/
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
11
II KINEMATICA: EENVOUDIGE SYSTEMEN
1. versnelling
Accelerometrie
Voorbeeld meting tijd motorische respons bij het wegtrekken van de steun onder het rechterbeen van een
kantelplatform.
2. snelheid
2.1 afstandslaser NOPTEL CPM2-30 laser distance sensor
Principe:
De afstandsmeting is gebaseerd op de meting van de tijd tussen de uitzending van een
laserimpuls en de ontvangst van deze impuls na reflectie op het object waarvan men
de positie wil kennen.
Prestaties:
Optimaal bereik: 2 tot 30m (max tot 380 mits gebruik van reflector)
Meetfrequentie tot 1000Hz bij resolutie van 1cm
Bevat laser-pointer om het richten te vergemakkelijken
distance (cm)
problemen
- willekeurige ruis:
5246
5244
5242
5240
5238
5236
5234
5232
5230
5228
0
100
200
300
400
500
time (ms)
figuur: voorbeeld van een meting à1000Hz op stilstaand object
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
12
- Laser meet niet de snelheid van de proefpersoon maar wel de snelheid van het punt waarop de
laserstraal gereflecteerd wordt op de proefpersoon. Dit punt verplaatst zich over het lichaam van de
proefpersoon.
- Als proefpersoon lichtjes afwijkt van rechte lijn zal laser door de romprotatie tijdens de even passen
een hogere snelheid registreren (zijkant romp beweegt naar voor) en tijdens de oneven passen een lagere
snelheid (zijkant romp beweegt naar achter) of omgekeerd. (voorbeeld: onderstaande grafiek rond ca
4000ms)
- het exact richten van de laser over grote afstanden (vb 100m) is problematisch aangezien de pointer niet
exact gelijk gericht staat met de laser.
- gehurkte start bij sprint?
vb. studie
Delecluse C, Roelants M, Diels R, Koninckx E, Verschueren S, Effects of Whole Body Vibration Training on Muscle Strength and Sprint Performance in Sprint-Trained
Athletes, Int J Sports Med. 2005 Oct;26(8):662-8 http://www.thieme-connect.de/ejournals/pdf/sportsmed/doi/10.1055/s-2004-830381.pdf
Despite the expanding use of Whole Body Vibration training among athletes, it is not known whether adding Whole Body Vibration training to the conventional
training of sprint-trained athletes will improve speed-strength performance. Twenty experienced sprint-trained athletes (13 ♂, 7 ♀, 17 - 30 years old) were randomly
assigned to a Whole Body Vibration group (n = 10: 6 ♂ and 4 ♀) or a Control group (n = 10: 7 ♂, 3 ♀). During a 5-week experimental period all subjects continued
their conventional training program, but the subjects of the Whole Body Vibration group additionally performed three times weekly a Whole Body Vibration training
prior to their conventional training program. The Whole Body Vibration program consisted of unloaded static and dynamic leg exercises on a vibration platform (35 40 Hz, 1.7 - 2.5 mm, Power Plate®). Pre and post isometric and dynamic (100°/s) knee-extensor and -flexor strength and knee-extension velocity at fixed resistances
were measured by means of a motor-driven dynamometer (Rev 9000, Technogym®). Vertical jump performance was measured by means of a contact mat. Force-time
characteristics of the start action were assessed using a load cell mounted on each starting block. Sprint running velocity was recorded by means of a laser system.
Isometric and dynamic knee-extensor and knee-flexor strength were unaffected (p > 0.05) in the Whole Body Vibration group and the Control group. As well, kneeextension velocity remained unchanged (p > 0.05). The duration of the start action, the resulting start velocity, start acceleration, and sprint running velocity did not
change (> 0.05) in either group. In conclusion, this specific Whole Body Vibration protocol of 5 weeks had no surplus value upon the conventional training program to
improve speed-strength performance in sprint-trained athletes.
(opm: Als alternatief voor de laser gebruikt men soms ook een trekdraad. Dit is een systeem met een fijne draad
die op een spoel gewikkeld zit waarmee de positie gemeten wordt naarmate de draad uitgerold wordt.
=>probleem: trillende kabel)
2.2 Infraroodpoortjes
Principe: zender-paaltjes zenden continu een straal uit naar ontvanger paaltjes. Als de straal
onderbroken wordt wordt een timer gestart of gestopt. Rekening houdende met de afstand tussen de
poortjes kan je zo de gemiddelde snelheid berekenen die de proefpersoon gelopen heeft.
Systematische fouten:
Soms wordt de straal onderbroken door vooruitgestoken lichaamsdelen (vb. hand, knie, etc…).
Als je meet over een korte afstand (bvb. 1m) zullen dit soort fouten een grote invloed hebben op het
resultaat.
Als je over en grote afstand meet zullen fouten ten gevolge van verplaatsingen van lichaamsdelen een
kleinere invloed hebben maar je verliest dan weer een deel van de informatie: Als je bijvoorbeeld een
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
13
snelheidsmeting uitvoert over 10m kan het bijvoorbeeld zijn dat je belangrijke snelheidsveranderingen
niet detecteert. Daarom is het beter om met meerdere infraroodpoortjes te werken.
8,6
snelheid (m/s)
8,4
8,2
8
3 poortjes
7,8
1 poortje
7,6
7,4
7,2
7
0,00
3,33
6,67
10,00
afstand (m )
2.3 Snelheidsradar
principe: Hier wordt gebruik gemaakt van het Dopplereffect. Dit principe berust op
het feit dat als een bewegend object zich van de radar verwijdert of deze nadert de
frequentie van het gereflecteerde signaal dan respectievelijk lager of hoger is dan de
oorspronkelijke frequentie. Hieruit kan de snelheid van het object worden
berekend.
Normaal gezien moet de radar recht op voortbewegingsrichting van het doel gericht
staan. Het is echter ook mogelijk om vanuit een gekende hoek te meten en achteraf de
meting te corrigeren.
Vb. studie
Bower R, Cross R., String tension effects on tennis ball rebound speed and accuracy during playing conditions. J Sports Sci. 2005 Jul;23(7):765-71
The primary aim of this study was to determine whether variations in rebound speed and accuracy of a tennis ball
could be detected during game-simulated conditions when using three rackets strung with three string tensions.
Tennis balls were projected from a ball machine towards participants who attempted to stroke the ball cross-court
into the opposing singles court. The rebound speed of each impact was measured using a radar gun located behind
the baseline of the court. An observer also recorded the number of balls landing in, long, wide and in the net. It was
found that rebound speeds for males (110.1+/-10.2 km.h-1; mean+/-s) were slightly higher than those of females
(103.6+/-8.6 km.h-1; P<0.05) and that low string tensions (180 N) produced greater rebound speeds (108.1+/-9.9
km.h-1) than high string tensions (280 N, 105.3+/-9.6 km.h-1; P<0.05). This finding is in line with laboratory results
and theoretical predictions of other researchers. With respect to accuracy, the type of error made was significantly
influenced by the string tension (P<0.05). This was particularly evident when considering whether the ball travelled
long or landed in the net. High string tension was more likely to result in a net error, whereas low string tension was
more likely to result in the ball travelling long. It was concluded that both gender and the string tension influence the
speed and accuracy of the tennis ball.
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
14
3. vluchttijd
3.1 Meting voetcontacten: Optojump
Principe
Infraroodstralen vlak boven de grond vertrekken vanuit een zender (TX latten) en wordt gedetecteerd
door een ontvanger (RX latten). Wanneer je met (een deel van) een voet tussen de twee latten op de
grond staat wordt een deel van de straling onderbroken en wordt dit gedetecteerd. Wanneer je springt of
meetoppervlakte verlaat kan de infraroodstraal opnieuw door tot bij de ontvanger. De meetoppervlakte
kan men zo lang maken als men wil (mits extra latten te verbinden) en kan maximum ongeveer 2 meter
breed zijn.
Er zijn verschillende mogelijkheden om spronghoogte te kwantificeren, en die geven niet noodzakelijk
hetzelfde resultaat (voorbeelden: reikhoogte, hoogtetoename van LZP, vluchttijd, etc).
De Optojump meet de vluchthoogte aan de hand van de vluchttijd. Dit is de tijd tussen het moment waarop we
loskomen van de grond en de grond terug raken.
Dit is een betrouwbare methode op voorwaarde dat de proefpersoon in dezelfde houding landt als wanneer hij
de grond verlaten heeft (namelijk: knieën en enkels volledig gestrekt). Normaal gezien doet hij dit spontaan.
software:
verschillende mogelijke tests:
- Height, Contact (Jumps/No) :
- Height, Contact (Jumps/Time):
- Contact, Rhytm (step):
vooraf bepaald aantal sprongen uitvoeren (kan ook 1 zijn!)
springen gedurende een vooraf bepaald tijdsinterval
+/- hetzelfde als vorige 2 testen maar hier wordt van buiten het
meetoppervlak gestart (bijvoorbeeld handig om door de meetoppervlakte
te lopen)
verschillende visualisaties:
- Bar Plot Height (F5):
- Line Plot Height (F6):
- Line Plot Contact Time (F7):
- Line Plot Flight Time (F8):
- Line Plot Rhythm (F10):
- Display Results (Spatiebalk):
met Alt-W kan je de tabel saven als .txt-file
staafdiagram, hoogte van staven = spronghoogte, breedte = ritme
grafiek van hoogte ifv tijd
grafiek met contacttijd ifv tijd
grafiek met vluchttijd ifv tijd
grafiek met vermogen* ifv tijd
tabel met alle numerieke data
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
15
Bar Plot Height (F5)
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
Display Results (Spatiebalk)
16
3.2 Geluidsmeting: Wavelab
Software:
Voorbeeld v toepassing
Project spec bewa: volleybal 2004: verschil vluchttijd van
bal bij sprongopslag staande opslag
Opstelling met 2 micro’s: één mirco bij de opslaggever en
een andere micro op een doelschijf aan de overkant van
het net.
result voorproef (1pp):
standopslag: 1,27+/-0,13s
sprongopslag: 1,16+/-0,10s
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
17
4. hoeken
Goniometrie: Noraxon
Principe
Gebaseerd op principe Wheatstone bridge (zie figuur). Indien de brug met de 4
weerstanden in evenwicht is is er geen potentiaalverschil tussen de twee delen van de
brug (Vout = 0). Als de brug wat geplooid wordt zodat de weerstand aan een van beide
zijden vermindert ontstaat er een potentiaalverschil (Vout= Vin(R1/(R1+R2)Rg/(Rg+R3)) dat gemeten kan worden.
De Noraxon goniometers die we gebruiken is een soepele triaxiale goniometer. De
meting gebeurt via een telemetrie systeem zodat de proefpersoon vrij kan
rondwandelen.
De software is dezelfde als die waarmee EMG metingen tijdens het practicum van 1e
licentie gedaan werden. Je krijgt onmiddellijk de grafieken op het scherm dus zou het
als biofeedback-systeem gebruikt kunnen worden.
flexie (-) extensie (+) (µV)
Voorbeeld v. Studie:
project spec bewa 2004: tennis: excentrische contractie rond polsgewricht bij onvolledige en volledige
enkelhandige backhand. (volledig= verre uitzwaai tot racket vertikaal, onvolledig= racket blijft parallel met
grond)
120
100
80
60
40
20
0
-20 0
-40
-60
-80
500
1000
1500
2000
onvolledige backhand
2500 volledige
3000 backhand
tijd (ms)
ulnair abd(-) radiaal abd(+)
(µV)
300
250
200
150
100
50
onvolledige backhand
volledige backhand
0
-50
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
-100
tijd (ms)
(balcontact wordt ongeveer aangegeven door de rechthoek)
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
18
III DYNAMOGRAFIE
1. Vrij moment rond verticale as
Principe: elke reactiekrachtvector uitgeoefend door een krachtmeetplatform op
een subject kan eindig bepaald worden aan de hand van 6 waarden:
- 3 orthogonale componenten van de GRK: Fx, Fy, Fz
- 2 coördinaten die het aangrijpingspunt (center of pressure) van de GRK
bepalen: x, y
- 1 vrij moment rond een verticale as in het aangrijpingspunt: Mz
voorbeeld: zie demo
1600
1400
1200
F-grip (N)
2. Dynamometer
Principe: Op de dynamometer zit een rekstrookje geplaatst
waarmee adhv een Wheatstone bridge de vervorming
gemeten kan worden. Door de dynamometer in serie te
plaatsen met bijvoorbeeld een kabel kan je zo de trekkracht
meten die waaraan die kabel onderhevig is.
1000
800
600
400
200
0
-200 0
1
2
3
4
5
time (s)
Vb1: trekkracht-sensor
Geïnstrumenteerde roei-ergometer
800
F-plate (N)
600
400
Fx
200
Fy
Fz
0
-200
0
1
2
3
4
5
-400
time (s)
vb2: compressiesensor exoskelet
3. Dynamische krachtimpuls
t2
principe: impuls momentum relatie: t1 ∫Fdt = mvt2 – mvt1
Men gebruikt de krachtimpuls om te evalueren hoeveel een bepaalde kracht bijdraagt tot het versnellen van het
lichaam.
Vb1 sprint start
vb2 dropjump kunstgras
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
19
4. Snelheid motorische respons
vb: volleybal: thesis: Het effect van kleurencombinaties van volleyballen op de perceptie van de balbaan door
receptiespelers (Vermeulen J & Vansteenkiste J, 2003)
Bepaling reactietijd adhv verschil tussen afschieten en éérste
=> geen significante verschillen (F= 0,89 p=0,452)
Wijziging in samengestelde GRK
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
20
Ter info:
=> interactie baltype-balbaan (F=19,01 p<0,001)
significant verschil balbaan S tov L en R enkel vastgesteld bij witte
bal
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
21
5. Krachtenverdeling over 2 krachtmeetplatformen
Principe: De proefpersoon staat met elke voet op een afzonderlijk krachtmeetplatform. Op deze manier
kan men de gewichtsoverdracht van de ene voet naar de andere voet in kaart brengen.
vb 1: swing bij golf:
R.W. Keith, P.R. Cavanagh: The mechanics of foot action during the golf swing and implications for shoe
design. Med Sci Sports Exerc (1983) 15, 3, 247-255
AR = slagrichting
Fvl of Fvr = verticale component links of rechts
Fhl of Fhr = horizontale component links of rechts
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
R = uithaal
A = slagfase voor contact
D = doorzwaai
22
vb 2: project specifieke bewegingsanalyse: tafeltennis (Jo Willems, 2004)
De student wou bij 2 verschillende uitvoeringen van de voorhand nagaan of men een verschillende balsnelheid
van de teruggespeelde bal kon bekomen.
De 2 uitvoeringen waren respectievelijk:
- simultane uitvoering: verschillende deelsegmenten (heup en pallet) bereiken hun maximale snelheid ongeveer
op hetzelfde moment
- niet simultane uitvoering waarbij de rest van het lichaam de opwaartse versnelling van de armen volgt (de
klassieke proximo-distale sequentie komt in tafeltennis waarschijnlijk zelden voor vanweg de beperkte tijd om
te reageren)
Het was de bedoeling om deze 2 technieken in het uiteindelijke onderzoek gemakkelijk te kunnen onderscheiden
adhv de manier waarop de krachtenverdeling evolueert.
voorbeeld van een enkele meting van beide technieken bij éénzelfde subject (de vertikale lijnen bakenen de
slagfase af)
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
23
6. plantaire drukmeting
6.1 footscan-plaat
zie practicum 1e lic
6.2 insoles
principe: 300 tal druksensoren verdeeld over de zool die in de schoen
gedragen wordt
Zelfde mogelijkheden als footscan + bijkomende voordelen:
- onbeperkt loopoppervlak
- mogelijkheid om plantaire druk IN schoen te meten
Net als footscanplaat geven insoles een ruwe schatting van de verticale grondreactiekracht (mits
calibratie) (Er worden geen horizontale componenten gemeten en geen vrij moment)
1200
1000
800
insoles
600
AMTI
400
200
0
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
3200
3300
3400
3500
6.3 footswitches
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
24
IV ISOKINETISCH APPARAAT: BIODEX
bediening via software
bediening via controlepaneel
dynamometer
aanpasbare stoel
attachment (knie)
(er bestaan attachments voor bijna alle gewrichten:
knie, enkel, heup, schouder, elleboog, pols)
1. voornaamste modi:
isokinetic
isometric
isotonic
nul
varieert ifv moment dat
proefpersoon uitoefent
vast instelbaar
varieert over ingestelde range
of motion
reactiemoment varieert ifv moment dat
biodex proefpersoon uitoefent
varieert ifv moment dat
proefpersoon uitoefent
vast instelbaar
contractietype concentrisch of eccentrisch
isometrisch
concentrisch of eccentrisch
hoeksnelheid vast instelbaar
positie varieert over ingestelde range
of motion
veiligheid bij excentrische contracties: als niet nodig
ppn geen excentrisch moment
meer uitoefent of een
instelbare limiet overschrijdt
valt het toestel stil
toepassingen - meten van maximale kracht
bij relevante snelheid &
contractietype
- training
- passieve mobilisatie bij
revalidatie met passive mode
(= variant op isokinetic mode)
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
- betrouwbare meting van
maximale kracht met isokinetic
mode vraagt een zekere
gewenning van de
proefpersoon. Daarom gebruikt
men soms isometric mode
- voor diagnose & revalidatie
als de kwetsuur geen
bewegingen toelaat.
bij excentrische contracties: als
ppn geen excentrisch moment
meer uitoefent valt het toestel
stil
- wordt gebruikt wanneer men
op een welbepaald
submaximaal krachtniveau wil
meten, trainen of revalideren
25
2. bediening:
2.1 Bediening met controlepaneel:
MODE: hiermee kies je uit de 6 modi: isokinetic, isometric, isotonic, passive &
reactive eccentric (de laatste 2 zijn varianten op de isokinetische modus)
RANGE OF MOTION: hiermee wordt de maximale bewegingsuitslag ingesteld
voor de away- & de toward beweging
SPEED: hiermee wordt de snelheid in graden per seconde ingesteld voor de
away- & de toward beweging
CONTRACTION: hiermee kan je zowel voor de away als de toward beweging
kiezen of die excentrisch of concentrisch uitgevoerd moet worden.
TORQUE: hiermee stel je het gewenste moment van de biodex in bij isotonische
contracties of het maximaal toelaatbare moment bij excentrische isokinetische
contracties.
vb. ROM knie
2.2 Bediening via software:
- laat toe het verloop van gewrichtsmoment, hoek & snelheid in live op het scherm weer te geven
(=biofeedback) en deze curves op te slaan om achteraf te analyseren.
- laat toe om protocols samen te stellen met vooraf bepaald gewricht, modus, snelheid, hoek,
contractietype, reactiemoment, aantal herhalingen, totale duur, pauze’s, …
- laat toe om de invloed van de zwaartekracht op het te testen lidmaat en het attachment uit te schakelen.
OUTPUT (alleen via software)
peak torque: maximum gewrichtsmoment van alle away of toward contracties
peak torque / BW: kan vergeleken worden met normaalwaarden
angle of peak torque: hoek waarop peak torque bereikt werd
coeff. of var: geeft een idee of ppn elke beweging met dezelfde inzet afgewerkt
heeft
max. rep. total work: maximaal geleverde arbeid gedurende één beweging (J)
work fatigue: procentueel verschil in arbeid v. h. laatste 1/3 van de reeks
herhalingen tov éérste 1/3 (maat voor vermoeidheid)
average power: gemiddelde vermogen (watt)
agonist/antagonist ratio: maximum gewrichtsmoment voor agonist contractie
gedeeld door antagonist contractie
G = normaalwaarde (goal)
praktijkdemonstraties specifieke bewegingsanalyse
26

Download Report