足底压力系统

足底压力系统及肌电测试在动作技术析中的应用

一.足底压力系统在动作分析中的应用

1．足底压力系统的介绍

足底压力的大小与分布能反映人体腿、足结构、功能及整个身体姿势控制等信息.测试、分析足底应力，对临床诊断、疾患程度测定和术后疗效评价均具有重要意义。

2. 足底压力分布成像原理

由光学原理可知，光线从一种媒质进入另一种媒质时．由于：同媒质的折射率不同，在两种媒质的交界面．光线将发生折射与反射，当光线以一定入射角(a)，进入低扩射率的媒质，可以在两种媒质的介面产生全反射从厚玻璃的边缘进入玻璃内的光线，当入射角合适时。在厚玻璃与空气的界发生全反射。如果这时在玻璃的表面放置一种折射射率更高的醴质．如塑料薄膜，光线的全反射将被破坏，而由玻璃内散射出霉，此时将能看到玻璃与薄膜相接触的一个影像。

3.足底压力成像装置的设置

由于塑料薄膜本身是一个微观上表面起伏不平的弹性材料．塑料薄膜与玻璃之问会因接除力的不同而使接触点增多或减少。接触点多影像亮、面积大，接触点少则影像淡、面积小。如果足踩在其上，则会现出因接触力的不同而呈现一幅亮度变化的足底图像，反之通过测试这些图像的灰度变化值就可推导出相对应的

成像玻璃：选用的是高质量的钢化玻璃，厚度12cm，面积46cmx46 cm，边缘抛光处理。其表面平直、材料纯洁，能充分保证光线折射、反射的质量，同时又有足够的强度以支持人体重量。条形灯管：选用了光线均匀且无额闪的条形节能灯管做光振．灯管长度42 cm。在玻璃边缘上测试区长臆照度均一(测试区30 cm)．

功率36w(亮度相当于200W 白炽灯)，双侧同时安装其基率保证了成像层次分明所需要的亮度以及整十棰I试区内光亮的均一性。反光镜：选择平直、无暇的镜面，成45噌I安装太玻璃下．把玻璃下的图像转挟90。，以便从水平观察．摄像塑料薄膜：塑料薄膜是成分质量的关键。不同质地、不同厚度、不同弹性的塑料薄膜，导致成像有所差异，薄软的塑料膜滞后效应少，反应灵敏．但易饱和，线性范围小。厚硬的塑料膜反应逞饨，但饱和阐值高。为此．我们用与人体皮肤弹性及颜色相近的乳胶垫撖负载面，用标准硅码加载，对0 8—16．0 izm 的十几种聚乙烯塑膜及多种锡铂纸分别进行了压力灰度攫I试实验，记录每一载荷下所对应的负载面光亮度，并绘制灰度一载荷关系曲线⋯．见图3。其中5 tun厚度的塑膜在0～100N ／cin2范围内具有轻好的线性相关性，灰度一载荷线性回归结果为：方程Y=14．67(x+1)一

5．85，相关系数0．99。

4.足底压力系统在动作技术分析中的应用

拍摄：受测者在测试台上先单、双脚正常站立，然后自然，行走多步．当足站在测试台中心区内时，由水平放置的SONY数码摄象机对行走过程动态足底压力图像进行连续拍摄录制，24幅／秒，注意控制光圈及背景光线，突出目标．减弱背景干扰，以利于后期目标与背景分割。

采集与处理：拍摄的数码视频运动图像经1394E 口采集进入计算机．由M550 像分析系统分别对采集的序列图像逐帧进行消除，增强，目标分割处理后．进行足底各部位着地时刻垂数、者地j司期参数、着地几何形态参数及各部位力学参数的测量。最后将运动图像序列伪彩色编辑后直观的叠加显示在图象，测量数据由Hart'and Grapl'dces V3 0数据图形软件进行处理。

二．肌电测试

肌电测试分为有损测量和无损测量两大类，其主要区别在于电极的使用上。

1.肌电信号的分析处理方法

一，时域分析

(1)积分肌电( IEMG) :反映一段时间内肌肉的肌电活动强弱。

(2) 均方根振幅(RMS) :描述肌电信号振幅的集中趋势,反映一段时间内肌肉放电的平均水平; RMS又取决于肌肉的负荷性因素和肌肉本身的生理﹑生化过程的内在联系。

(3)时程:代表肌肉运动时放电时间的长短。

(4)时序:指多个肌肉参与活动时,各个肌肉被激活的先后顺序,可以用来评价运动技术中肌肉的发力顺序。

(5)均方差和标准差:反映肌电信号的离散程度趋势。

(6)最大值:肌肉活动的最大放电能力。

二，频域分析

主要是对肌电信号进行快速傅立叶转换,获得肌电信号的频谱,可反映肌电信号在不同频率范围内的强度,得到肌电信号在有关频率特征的信息。包括平均功率频率(MPF ) , 中位频率(MF)等指标。

三，非常规分析方法

如小波分析﹑非线性动力学分析﹑肌电信号的分形等。

2.肌电在技术动作分析中的应用

一、使用肌电仪分析技术动作

邹静﹑李文寿( 1999)应用肌电仪测量四名高水平运动员做十字支撑动作时相关肌肉的放电情况(定性分析) , 得出完成十字支撑动作的主要肌肉并提出训练方法。王延鹏( 1995)运用肌电图分析短跑起跑技术肌肉用力特点,分析不同肌群(前,后腿)的肌电图波形,发力顺序及间隔时间。王延鹏( 1995)还运用肌电图探讨跑的专门性练习,在实验中运用肌电仪测量跑的专门练习和途中跑,得出相应肌肉的较高振幅均值﹑振幅最高值﹑肌肉出现较高振幅的先后顺序, 对不同的跑的专门练习(小步跑﹑高抬腿跑﹑后蹬跑)和途中跑的肌电进行对比分析,提出不同的跑的专门练习的各自特点及改进方法。王华( 2002)应用肌电仪对自由式摔跤抱单腿摔和模拟负重动作进行分析,测出上步抱单腿的三个阶段相关肌肉的放电值(振幅) ,分析主要用力肌肉。测出四个负重不同位置的模拟抱单腿动作的腿部肌肉的放电情况,该实验的意义在于找出针对腿部最为合适的力量练习。石岩﹑陈晋云﹑何洋( 1997)用肌电仪测试优秀女子射箭运动员视动行为演练中额肌的肌电变化(振幅的定性指标) ,提出肌电变化可以评定射箭运动员的表象动作水平和表象训练效果的客观指标。孙砺( 2007)应用8 通道EMG测量系统分析江苏举重队现役女子举重运动员在不同重量下抓举过程中的8块具有代表性的浅层骨骼肌的积分肌电和时序数据,比较在抓举过程中不同骨骼肌的积分肌电值和骨骼肌活动的时间顺序,为运动动作的改进提供直接的依据。盛浩明(2008)利用无线肌电遥测系统对速射技术动作的肌电进行采集和纪录分析。分析中选取射击的举枪时间和枪与枪的时间间隔,肌肉贡献率和平均振幅为研究指标。从射击动作的一致性和稳定性两个方面来揭示男子手枪速射的肌电特点从而发掘男子手枪速射的肌肉活动特点和运动规律,为以后男子手枪速射运动员的训练提供一些有用的参考信息。李卫平,郑念军(2008)通过肌电测试,比较我国女子400 m跑冠军卜范芳模拟跑道跑和场地跑技术结构和肌肉用力结构的差异,结果表明下肢8块主要肌肉在两种跑的技术中其贡献率也存在明显的差异。因此认为如果长期进行模拟跑道训练,将会导致运动员技术动作的改变和肌肉用力的不协调;模拟跑道训练作为提高速度耐力的训练手段比例不宜太大,模拟跑道训练可以尝试用来改善运动员着地腿的“扒地”动作和蹬伸腿的“快蹬”动作,最好在运动强度训练阶段采用。张秀丽、刘卉、刘学贞( 2007)运用表面肌电遥测系统对国家射箭队男、女运动员进行测试,分析结果表明:国家射箭队运动员在射箭动作的不同阶段尚存在部分不合理的肌肉用力特点。相对来说,无论是举弓时的肌肉激活顺序(主要肌肉用力特点)还是动作的一致性,均是女子运动员较男子运动员合理。以肌电RMS幅值的“标准差与平均数的比值”这个派生指标对运动员进行多支箭肌肉用力的一致性评价较合理。