檢測運動衝擊 足壓鞋墊可推測足底受力狀況

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作者:盧海瑩、相子元

跑步是最受歡迎的運動之一,與走路相比,除了速度較快,也多了騰空的動作,因此衝擊較大傷害風險也較高。而跑步的傷害與地面反作用力(Ground Reaction Force, GRF)有關,許多研究在收取GRF的資料時會採用測力板,因此測力板已經被視為GRF的標準測量工具。然而,使用測力板有動作上的限制,我們只能了解整體作用力的大小與方向,並没有辦法知道這些力量對於足底各區域的影響,以跑步運動來說,測力板需裝置在固定的平面上,導致使用時不能隨著跑者移動,且每一次只能收到極少步數,而足壓鞋墊可以收取連續步數,也可以進一步分析足部受力特徵。

足壓鞋墊也可以很精準!

目前市面上已經有許多足壓鞋墊,但大多數的準確性尚無法與測力板相比,為了瞭解鞋墊與測力板在GRF的相關性,2018年一篇刊登在歐洲運動科學期刊的研究中,使用運動學中常見的6個參數 (觸地時間、衝量、第二峰值、觸地到第二峰值的時間、正斜率及負斜率) 分別比較兩者的相關性。其中,6個參數分別代表的意義不同,說明如下:

  • 觸地時間:是指「腳從接觸地面的瞬間,到完全離開地面所花的時間」,此時間會與跑步技術有關,若沒有往前跨步、推蹬地面,或是將腳掌上拉,都會讓腳掌停留在地面的時間變長。
  • 衝量:是指「力量與時間作用下的面積」,代表每一步腳底受到負荷的總量。
  • 第二峰值:是指「腳離地前給地面的推蹬力」,影響跑者向上彈起之力量及向前的加速度。
  • 觸地到第二峰值的時間:是指「腳從接觸地面的瞬間,到離地前推蹬力峰值的時間」,可以看出跑者的順暢性。
  • 正斜率:是指「腳著地時,衝擊力上升的速度與幅度」,代表腳受到的衝擊,正斜率越大衝擊越大避震越差。
  • 負斜率:是指「腳離地前,推蹬力下降的速度與幅度」,代表推蹬之爆發力。
2016年由德國Novel推出的足壓鞋墊 (Loadsol insole) 圖片來源:Novel官網
2016年由德國Novel推出的足壓鞋墊 (Loadsol insole) 圖片來源:Novel官網

作者分別比較了後足著地型及前足著地型,結果顯示兩種跑步型態在6個參數中兩種儀器皆呈現高度相關,其中,觸地時間、衝量及觸地到第二峰值的時間,是可以透過鞋墊精準測量到的,第二峰值用鞋墊會略被低估,但仍在一致性的範圍內,只有正、負斜率的差異較大,作者認為可能原因不在於儀器本身不精準,而在於鞋墊的擷取頻率低 (100-Hz)。

兩種著地型態在跑步時的力量與時間關係圖 圖片來源:European Journal of Sport Science, 18(8), 1100-1109
兩種著地型態在跑步時的力量與時間關係圖 圖片來源:European Journal of Sport Science, 18(8), 1100-1109

足壓鞋墊-從實驗室到戶外

足壓鞋墊是在鞋墊裡面安裝感測器,讓實驗不再侷限於室內,也能透過量測鞋內足底壓力變化,為運動感測帶來其他優勢,解決測力板無法解決的問題。舉例來說,足底特定位置的受力不同,可能改變運動傷害,透過足壓感測可以設計更符合人體需求的運動跑鞋或運動襪。從過去的研究可知,我們可以透過足壓鞋墊來預測地面反作用力,因此,除了跑步也可以應用在跳躍、足球、籃球、自行車踩踏等。然而,步態中的第一峰值及正斜率與傷害有關 (第一峰值是指單腳著地時產生的衝擊力峰值),未來若能提升鞋墊擷取頻率,即可以更精準測量,提供更多有關運動傷害的研究。

參考文獻:

Seiberl, W., Jensen, E., Merker, J., Leitel, M., & Schwirtz, A. (2018). Accuracy and precision of loadsol® insole force-sensors for the quantification of ground reaction force-based biomechanical running parameters. European Journal of Sport Science, 18(8), 1100-1109.

內容來源:運動科學網

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