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Qualisys三維運動采集分析系統1~2月論文

分類：

Qualisys

作者：

Qualisys

來源：

Qualisys

發布時間：

2024-03-15

訪問量：

學術動態本期為您分享使用了Qualisys三維運動采集分析系統采集實驗數據的學術論文。本期是2024年1~2月份最新發表的11篇論文，研究涉及射擊、擊劍、田徑運動學習、骨骼肌疲勞動力學、無標記點測試方法、飛蟲、帕金森、消防員救援任務、Y-平衡練習、普拉、人體運動學數據測試方法等研究。

論文來源于以下期刊：

中國體育科技 (北大核心)

Sensors (IF=3.9)

Journal of Biomechanics (IF=2.4)

Frontiers in Sports and Active Living (IF=2.7)

nature communications (IF=16.6)

scientific reports (IF=4.6)

healthcare (IF=2.8)

sensors (IF=3.9)

不同水平射箭運動員撒放階段動作特征的差異研究——基于統計參數映射

作者：邢睿，張璟，周興龍，曲峰

期刊：中國體育科技 (北大核心)

摘要：

目的：基于統計參數映射法（statistical parametric mapping, SPM），探討不同水平射箭運動員在撒放階段的動作姿態特征和姿勢控制能力差異。

方法：20名男子射箭運動員按運動員技術等級分為健將組（n=10）和一級組（n=10），運用Qualisys紅外光點運動捕捉系統采集成績在10環區域以內的射箭運動學數據，采用統計參數映射法對比分析不同水平射箭運動員在撒放階段的動作特征差異。

結果：不同水平射箭運動員持弓側與拉弓側的姿態角向量場在整個撒放階段均存在統計學差異，結合事后SPM兩獨立樣本t檢驗發現，該差異主要來源于，與一級組相比，健將組：1）在撒放前，持弓側肩關節屈曲角、水平屈曲角更大（P=0.001），拉弓側肘關節屈曲角、前臂旋轉角更大（P=0.001）;2）撒放后，拉弓側各肩關節姿態角變化速率更小（P=0.001），且2組運動員肘關節屈伸角在撒放后即刻表現出相反的變化趨勢。此外，在撒放前，健將組的持弓側肩點與腕點、拉弓側肩點與肘點，以及弓點的晃動體積均顯著小于一級組（P<0.05）。

結論：不同水平射箭運動員在撒放階段的姿態特征以及姿勢控制方面存在差異。姿態特征方面，在撒放前，健將級運動員身體與弓箭系統之間的距離相對較遠，且拉弓側前臂外旋更多；姿勢控制方面，健將級運動員在撒放前對近端環節及弓的穩定控制能力更強，在撒放后即刻對拉弓側肩關節的姿勢控制能力較高，能夠有效減少慣性對其姿態的影響；此外，應注重撒放后即刻對遠端環節肢體的控制，降低撒放動作對箭支的影響。

關鍵詞：射箭；撒放階段；統計參數映射;

DOI：10.16470/j.csst.2024007

運動捕捉系統：Qualisys Oqus 700 （已經停產，更新升級款 Qualisys Arqus）

Quslisys Arqus 運動捕捉攝像機

Proficiency Barrier in Track and Field: Adaptation and Generalization Processes

田徑運動中的熟練度障礙：適應和泛化過程

作者：M. Teresa S. Ribeiro, Filipe Conceição，Matheus M. Pacheco

期刊：Sensors (IF=3.9)

受試者動作示范：(a）下蹲跳（b）立定跳遠（c）跨步跳（d）跳高（e）跳遠（f）跨欄轉體

摘要：關于動作發展和訓練的文獻假設了學習技能的層次結構——學習“基礎”——這一點尚未得到實證證明。本研究通過驗證：( 1 )這種強層級結構（即,熟練程度障礙）在三種基本技能和三種運動技能之間是否成立，以及( 2 )考慮由于這種強層級結構的存在而產生的不同的轉化過程（泛化/適應）來解決這個問題。27名兒童和青少年參與完成了下蹲跳、立定跳遠、跨步跳、跳高、跳遠、跨欄轉體動作。我們在兩對任務（在下蹲跳與跳高之間以及立定跳遠與跳遠之間）中確定了熟練度障礙。盡管如此，轉化過程與熟練度障礙無關。我們的結論是，所提出的學習層級對某些任務是成立的。其背后的原因尚不清楚。

關鍵詞：

transfer of performance; motor development; stages; skill acquisition

能力轉化；動作發展；階段；技能習得

DOI：10.3390/s24031000

運動捕捉系統：Qualisys Miqus Video （無標記點運動捕捉）

Qualisys Miqus Video

Electromyography-driven musculoskeletal models with time-arying fatigue dynamics improve lumbosacral joint moments during lifting

隨時間變化的疲勞動力學的肌電圖驅動骨骼肌模型改善舉重過程中的腰骶關節力矩

作者：Mohamed Irfan Mohamed Refai, Alejandro Moya-Esteban , Massimo Sartori

期刊：Journal of Biomechanics (IF=2.4)

受試者執行動態任務：將一個12.6kg的圓盤在左右兩個凳子間轉移

摘要:

肌肉疲勞在日常生活十分常見。追蹤肌肉疲勞有助于了解肌肉過度使用和可能導致肌肉骨骼疾病的損傷風險。目前的疲勞模型不適合真實環境，因為它們通常是通過模擬驗證的，或是通過非功能性任務驗證的。此外，捕捉由于疲勞引起的肌肉活動變化的模型常假設肌肉活動和肌力之間是線性關系，或使用簡單的肌肉模型。個性化肌電圖（EMG）驅動的骨骼肌模型（pEMS）提供了個人特定的方法來模擬日常生活任務中廣泛的肌肉和關節動力學。這些模型利用肌電圖，從而捕捉多肌肉生物電活動的中樞疲勞依賴性變化。然而，在這些模型中，缺失了周圍肌力的衰減。因此，我們研究了疲勞對軀干的大范圍pEMS的影響。11名健康受試者進行了功能性不對稱舉重任務。根據逆動力學估計體重標準化腰骶力矩（BW-LM）的平均峰值為2.55±0.26 Nm/kg。下背部完全力竭后，pEMS對BW-LM的高估峰值為0.64±0.37 Nm/kg。然后，我們建立了時變肌肉力衰減模型，得到了時變pEMS ( t-pEMS )。這將t - pEMS估測的BW - LM與參考值之間的差異減小到0.49 ± 0.14 Nm / kg。我們還表明，五次疲勞收縮足以校準t-pEMS。因此，本研究提出了追蹤功能性任務中疲勞的個人和肌肉的特定模型。

關鍵詞：

Muscle fatigue;Musculoskeletal model;Electromyography-driven modelling; digital twin

肌肉疲勞；骨骼肌模型；肌電圖驅動建模；數字孿生

DOI: 10.1016/j.jbiomech.2024.111987

Vertical Center-of-Mass Braking and Motor Performance during Gait Initiation in Young Healthy Adults, Elderly Healthy Adults, and Patients with Parkinson's Disease: A Comparison of Force-Plate and Markerless Motion Capture Systems

健康青年、健康老人和帕金森患者步態啟動過程中的垂直質心制動和運動表現：測力臺和無標記點運動捕捉系統

作者：Arnaud Simonet, Arnaud Delafontaine, Paul Fourcade，Eric Yiou

期刊：Sensors (IF=3.9)

實驗設置：無標記點運動捕捉系統和測力臺

摘要：

背景：本研究測試了無標記點運動捕捉系統和測力臺（“金標準”）之間的一致性，以量化步態啟動期間的穩定性控制和運動表現。

方法：健康成人（年輕人和老年人）和帕金森病患者在串聯放置的兩個測力臺上以自發和最大速度開始步行，同時由無標記點運動捕捉系統拍攝。利用兩個系統的信號計算向前的質心速度峰值（運動表現指標）和制動指標（穩定控制指標）。

結果：描述性統計表明，兩種系統采集到組間差異和速度效應相似，而Bland-Altman圖分析顯示，在所有組和條件下，兩種生物力學指標的平均偏差幾乎為零。貝葉斯因子01表明，強（制動指數）和中等（運動表現）證據表明，這兩種系統提供了相同的值。然而，對Bland-Altman圖的逐個試驗分析顯示，兩種系統之間可能存在10%的差異。

結論：盡管存在不可忽略的差異，但無標記點運動捕捉系統在檢測帕金森病和不同速度情況對制動指數和運動性能的影響方面似乎與測力臺系統一樣有效。

關鍵詞：

markerless motion capture; force-plate; gait initiation; braking index; motor performance;

Bland and Altman; Bayes factor 01; Parkinson’s disease; healthy adults; biomechanics

無標記點運動捕捉；測力臺；步態啟動；制動指數；運動表現；Bland - Altman圖；貝葉斯因子01；帕金森；健康成年人；生物力學

DOI：10.3390/s24041302

運動捕捉系統：Qualisys Miqus Hybrid （無標記點運動捕捉）

Qualisys Miqus Hybrid 混合運動捕捉攝像機

Assessing the validity of two-dimensional video analysis for measuring lower limb joint angles during fencing lunge

評估2D視頻分析法測量擊劍弓箭步時下肢關節角度的有效性

作者：Kenta Chida1, Takayuki Inami, Shota Yamaguchi, Takuya Nishioka, Yasumasa Yoshida, Naohiko Kohtake

期刊：Frontiers in Sports and Active Living (IF=2.7)

Qualisys運動捕捉系統標記點貼放圖

摘要：

簡介:擊劍弓箭步以最小的身體旋轉為特征，是一個非常適合2D視頻分析的運動。然而，據我們所知，2D視頻分析對擊劍的有效性還沒有得到驗證。本研究旨在通過使用2D視頻分析和3D運動分析方法，比較弓步時下肢關節（髖關節、膝關節和踝關節）的角度來驗證2D視頻分析。

方法:用8臺運動捕捉攝像機（Qualisys Miqus M1）和2臺數碼攝像機（Sony AX-450和AX450a）同時采集22名男子擊劍運動員的弓箭步動作。

結果：2D視頻分析結果與3D動作分析結果（r = 0.93 ~ 0.99）在矢狀面的前后腿膝關節角度具有非常大的相關性。然而，雖然發現前、后腿踝關節角度（ r = 0.82 ~ 0.84）之間具有顯著的相關性，但也觀察到較大偏差（ -5.23 ° ~ -21.31 °）。相反，對于后腿的髖關節，發現了中等相關性（r = 0 . 31）和較大的偏差（- 10.89 °）。

結論：這項研究的結果將有助于推行教練在比賽中使用2D視頻分析方法，因為在矢狀面測量前腿和后腿膝關節角度時，這種分析可以作為3D運動分析的有效替代方案。但對于踝關節角度，還需要進一步研究數字攝像機的最佳拍攝位置和高度；而對于髖關節角度，此時建議使用3D運動分析。

關鍵詞：hip, knee, ankle, lunge performance, Qualisys, Frame-DIAS, sagittal plane

髖，膝，踝，弓箭步，Qualisys，Frame-DIAS，矢狀面

DOI：10.3389/fspor.2024.1335272

運動捕捉系統：Qualisys Miqus M1

Qualisy Miqus 運動捕捉攝像機

Why flying insects gather at artificial light

為什么飛蟲會聚集在人造光下

作者：Samuel T. Fabian, Yash Sondhi, Pablo E. Allen, Jamie C. Theobald & Huai-Ti Lin

期刊：nature communications (IF=16.6)

立體光刻3D打印機制作的剛體粘貼到昆蟲身上

用于運動捕捉測試

對昆蟲的運動捕捉表明，它們始終背向光線方向傾斜

摘要：

關于夜行昆蟲圍繞火或燈不規律地飛行的解釋有“月球導航”和“逆向光”理論。但是，沒有對它們進行嚴格的三維飛行數據采集，它們的奇怪行為的原因就一直懸而未決。我們在實驗室采用了高分辨率的運動捕捉技術，在野外采用了立體攝像技術，重建了昆蟲在人造光周圍飛行的3D運動學。與引誘的預期相反，昆蟲不會直接轉向光線。相反，昆蟲將背朝光線，產生垂直于光源的飛行。在自然光下，背朝最亮的視覺半球傾斜有助于保持適當的飛行姿態和控制。然而，在人工光源附近，這種高度保守的背光反應可以產生持續的繞光轉向，誘捕昆蟲。我們的指導模型表明，這種背向傾斜足以造成昆蟲在燈光附近看似不規定的飛行路徑，是解釋為什么飛蟲會聚集在人造光下聚集的最有可能的模型。

DOI：10.1038/s41467-024-44785-3

The effect of dopaminergic treatment on whole body kinematics explored through network theory

通過網絡理論探討多巴胺能治療對全身運動學的影響

作者：Antonella Romano, Marianna Liparoti, Roberta Minino, Arianna Polverino, Lorenzo Cipriano, Anna Carotenuto, Domenico Tafuri, Giuseppe Sorrentino, Pierpaolo Sorrentino & Emahnuel Troisi Lopez

期刊：scientific reports (IF=4.6)

摘要：

三維運動分析技術是一種定量評估健康和疾病時的時空和運動學變化。然而，這些參數提供了環節信息，卻缺少表征生理和/或病理狀態下復雜的全身運動學微小變化。我們的目的是評估左旋多巴攝入對全身的影響，通過評估系統各要素之間關系的網絡理論來分析帕金森病（PD）步態過程中的運動學相互作用。本研究的受試者為23名PD患者，在步態測試時每人身上貼有21個反光標記點。使用網絡理論分析這些標記點的加速度運動學數據，進而研究了步態數據。我們獲得了每個受試者的運動學相互作用矩陣（即運動組），在左旋多巴攝入前后，我們進行了拓撲分析來評估身體元素之間的大規模相互作用，并進行了多元線性回歸分析來驗證運動組的拓撲結構是否可以預測左旋多巴引起的臨床變化。我們發現，左旋多巴攝入后，PD患者軀干和頭部同步性減少（p-頭 = 0.048；p-第7頸椎= 0.032；p-第10胸椎= 0.006)，上下肢同步得到改善(右肘，p = 0.002；左肘，p = 0.005)，(右手腕，p = 0.003；左手腕，p = 0.002；右膝，p = 0.003；左膝，p = 0.039)，且與UPDRS-III評分成正比。這些結果可能是由于藥物治療后僵硬程度有所降低產生的。

DOI：10.1038/s41598-023-50546-x

Biomechanical characterization of firefighters running under different rescue tasks

消防員在不同救援任務下跑步的生物力學特征

作者：Xinxin Zhang, Haili Feng, Xindai Liu, Pincao Gao, Peng Guo, Shenghui Tang, Xinhe Nie, Tianjin Feng & Weiguo Liu

期刊：scientific reports (IF=4.6)

靜態數據采集

救援任務

摘要:

不同救援任務的消防員跑步的生物力學特征尚不清楚。本研究旨在探討消防員在不同救援任務中跑步生物力學特征，為消防員培訓和職業傷害預防提供理論和實踐參考。隨機選取18名健康男性消防員作為受試者，測試他們在不同的救援任務中跑步情況：穿著消防防護服（FPC）， FPC+攜帶氣體罐（20公斤，FPC+ C），FPC+攜帶人體模型（60公斤，FPC+M）。使用8臺Qualisy紅外攝像機和一臺AMTI三維力臺采集受試者的下肢運動學/動力學數據。結果表明，與FPC救援任務相比，FPC+GC和FPC+ M救援任務的步速和步長顯著降低，而支撐時間顯著增加。與FPC救援任務相比，FPC+GC救援任務在垂直地面反作用力（vGRF）、踝關節背屈最小角度和踝關節跖屈最大力量方面均有顯著降低。相比之下，FPC+M救援任務在踝關節活動范圍、髖關節最大伸展角度、膝關節最小屈曲角度、踝關節最大背屈角度、髖關節最大伸展力矩、膝關節最大屈曲力矩、髖關節最大屈曲功率、髖關節和膝關節剛度方面顯著增加，而在踝關節最小背屈角度方面顯著降低。與FPC+GC救援任務相比，FPC+M救援任務在髖關節最大伸展角度、膝關節最小屈曲角度、踝關節最大背曲角度、髖關節最大屈曲力矩、髖關節最大伸展力矩、膝關節最大屈曲力矩、踝關節最大跖曲力矩、髖關節最大屈曲力、踝關節背屈力、髖關節僵硬程度和vGRF上均有顯著性增加。相反，則表現為膝關節最大屈曲力的顯著下降。綜上所述，與FPC救援任務相比，FPC + GC和FPC + M救援任務改變了消防員的步態表現，表現為步速和步長降低，支撐時間增加。FPC + M救援任務會增加消防員髖、膝關節損傷的風險。因此，建議消防員在大負荷狀態（60 kg及以上）下，增加軀干、髖、膝關節肌肉的力量訓練，作為日常訓練計劃的一部分，以降低救援任務中的損傷風險。

DOI: 10.1038/s41598-024-52440-6

Examining the joint coordination during dynamic balance learning using vector coding and statistical parametric mapping analyses

使用矢量編碼和統計參數映射分析來研究動態平衡學習過程中的關節協調能力

作者：Sungmin Kim, Feng Qu, Yi Wang & Wingkai Lam

期刊：scientific reports (IF=4.6)

摘要：

我們的研究目的是探索在Y平衡練習期間下肢平衡能力、運動學變量和關節協調性的變化。20名女大學生從第3天到第7天連續完成了5個Y-平衡學習模塊（135次試驗）。在第1天和第9天進行預實驗和測試。采集前方（AL）、后外側（PL）和后內側(PM)各方向的最大伸展距離、關節峰值角度和關節協調性等數據，以確定Y-平衡練習的有效性。通過重復測量方差分析來確定學習是否發生。結果表明，第5天的最大伸展距離比其他學習日要長。學習后，最大伸展距離在PL和PM各方向上顯著增加。學習后髖屈曲（PL/PM）、外展（PM）、內旋（PM）、外旋（PL）角度增加。膝關節屈曲角度在AL和PL方向均增大。只有踝關節背屈角度在AL方向上增加。關節協調表明膝關節和髖關節在內旋過程中同時進行。采用背屈和屈曲策略進行踝關節-膝關節協調。統計參數映射分析顯示，AL方向的踝關節矢狀面、PL方向的髖關節水平和髖關節/膝關節矢狀面、PM方向的髖關節/膝關節矢狀面和髖額狀面/水平面存在顯著差異。這些數據表明，新手的動態平衡能力的提高與學習后協調模式的改變有關。本研究結果可以應用于其他人群，以提高他們的動態平衡和預防跌倒損傷。

DOI：10.1038/s41598-023-44216-1

Methodology and Experimental Protocol for Studying Learning and Motor Control in Neuromuscular Structures in Pilates

研究普拉提中神經肌肉結構的學習和運動控制的方法和實驗方案

作者：Mário José Pereira, Alexandra André, Mário Monteiro, Maria António Castro, Rui Mendes, Fernando Martins, Ricardo Gomes, Vasco Vaz, Gonçalo Dias

期刊：healthcare (IF=2.8)

Qualisys運動捕捉系統標記點貼放圖

摘要：

因為普拉提對肌肉、心理、心臟健康以及身體成分等方面的有利影響，已被廣泛研究。本研究旨在探討普拉提方法對練習過程、運動控制和神經肌肉軀干穩定性的影響，特別是在有經驗和沒有經驗的練習者中的區別。這項半隨機對照試驗比較了36名普拉提練習者在運動控制和練習兩種普拉提基礎技能（站立平板和側交叉）方面的經驗水平。通過各種評估方法收集數據，包括腹肌超聲（AWMUS）、剪切波彈性成像（SWE）、注視行為（GA）評估、腦電圖（EEG）和視頻記錄。由于樣本中不同的形態和心理運動特征，預期個體內和個體間有顯著差異。采用線性和非線性分析為神經肌肉結構隨時間和空間的演變進行全面的評估，提供定量和定性的見解。與非專業組相比，非線性分析有望揭示專業組中更高的熵，這意味著他們的運動控制更為復雜。在穩定性方面，專業組可能表現出較高的Lyapunov指數值，表明穩定性和協調性增強，同時Hurst指數值較低。在彈性成像中，經驗豐富的練習者由于他們具有更高熟練程度，預計會顯示出更高的腹橫肌（TrA）肌肉彈性。對于GA方面，非專業組被認為會表現出更多的掃視，關注更多的興趣區域（AOIs），以及更短的注視時間，而專業組被認為有更有效的注視控制能力。在EEG中，我們預期非專業組的θ波值比專業組高。這些預估源于彈性成像的類似研究以及眼動追蹤和腦電圖的相關研究。它們與普拉提方法的原理和其他相關技術的科學知識是一致的。

關鍵詞：pilates; electroencephalography; gaze behavior; abdominal ultrasound; elastography; motor control

普拉提；腦電圖；注視行為；腹部超聲檢查；彈性成像；運動控制

DOI：10.3390/healthcare12020229

Sensor-to-Bone Calibration with the Fusion of IMU and Bi-Plane X-rays

融合IMU和雙平面X射線的傳感器-骨校準

作者：Xavier Gasparutto, Kevin Rose-Dulcina, Gautier Grouvel, Peter DiGiovanni, Lena Carcreff, Didier Hannouche, Stéphane Armand

期刊：sensors (IF=3.9)

步態分析過程

CI：傳統IMU， Kin.: 運動學，MRK：標記點測試

摘要：

慣性測量單元（IMU）需要經過傳感器-環節的校準來測量人體運動學數據。這有很多方法可用，但在評估運動功能病變人群時，就出現了各種局限性，比如保持姿勢（受關節疼痛和僵硬的限制），執行特定任務（受缺乏選擇性的限制）或肢體對齊假設（受骨骼畸形和關節僵硬的限制）。我們提出了一種基于雙平面x射線的傳感器-骨的校準方法和一個專門設計的融合盒來測量IMU相對于底層骨骼的方向。8名患者參與了這項研究，他們都在臨床治療中使用雙平面x射線進行全髖關節置換術。使用融合盒和皮膚標記對患者進行雙平面X射線檢查，然后使用IMU和基于標記點的測試方法進行步態分析。比較傳統的傳感器-環節校準和傳感器-骨校準測量骨盆、大腿和髖關節運動學的有效性。結果表明：（1）雙平面X射線和IMU融合測量解剖軸方向具有可行性；（2）骨盆傾斜角的傳感器-骨校準具有較高的有效性，其他自由度的傳感器-骨校準具有相似的有效性。這種新型的校準方式的主要優點是消除了在病理人群中經常無法遵循關于關節和環節方向的傳統假設。

關鍵詞：gait analysis; IMU; fusion; sensor-to-segment calibration; bi-plane X-rays; medical imaging

步態分析；慣性測量單元；融合；傳感器-環節校準；雙平面X射線；醫學影像學

DOI：10.3390/s24020419

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