不同款式的籃球護膝防護性能的研究

劉青青 浙江理工大學服裝學院

閻玉秀 浙江理工大學； 浙江省服裝工程技術研究中心

不同款式的籃球護膝防護性能的研究

劉青青 浙江理工大學服裝學院

閻玉秀 浙江理工大學； 浙江省服裝工程技術研究中心

在籃球運動中，需要完成大量高速度和強對抗性的籃球技術動作，其中急停跳投與爭搶籃板球特別容易引起膝關節的損傷。本文運用三維動態捕捉系統捕捉這兩個技術動作，探討在無護膝防護和兩種護膝防護狀態下，膝關節最大屈曲角，最大外旋角與最大外展角的變化，并進行多重比較分析。結果得出兩種護膝裝置對膝關節均有防護效果，其中半剛性護膝防護性能最佳。

籃球運動損傷 護膝 三維運動捕捉 防護性能

引言

籃球運動動作激烈，運動員需要頻繁的使用膝關節做急起、急停、變向、轉身、跳躍等技術動作，這很容易導致膝關節運動損傷，徐小敏對江蘇十余所高校籃球運動員的調研顯示，膝關節損傷在運動員中較為普遍，約有88.57%的籃球運動員都發生過不同程度的膝關節損傷[1]。隨著人們自我保護意識的提高，逐漸意識到佩戴護膝可對膝關節起到一定的固定作用，從而防止膝關節的損傷或者減輕膝關節的損傷程度。

目前國家標準中對護膝的規定只限定了護膝材料的安全性能，但是并沒有對護膝的防護性能做出相關要求，因此造成了市面上的護膝種類各異，性能也各異。通過本論文的研究可以評定不同款式的護膝在籃球運動項目中的防護效果，為籃球運動愛好者以及運動員購買護膝提供參考。

一、實驗設計

（一）實驗對象

挑選在校男大學生籃球愛好者8名，年齡（23.25±1.20）歲，身高（176.38±1.87）cm，體重（71.33±2.32）kg，膝圍（37.23±2.03）cm，所有受試者6個月內下肢無損傷史，且能很熟練的完成各種籃球動作。實驗在浙江理工大學服裝學院人體科學實驗室進行。

（二）實驗材料

通過文獻閱讀以及對護膝市場的調查，并針對護膝的選擇對籃球愛好者進行問卷調查，對專業的籃球運動員進行了深度訪談，最終選取某品牌最常用的兩種不同類型的護膝來研究其防護性，護膝的具體參數如表1所示。

表1 護膝資料

（三）實驗設備

實驗主要儀器為美國Qualisys Track Manager三維動態捕捉系統，三維動態捕捉系統配備四百萬像素的動作捕捉攝相機9臺，反光Marker球和四個剛體，其中剛體是4個Marker點組成，主要用于系統的坐標系設定。三維動態捕捉系統可通過高速攝像頭捕捉標記在人體上的Marker點來記錄人體關節在運動過程中的軌跡，再把數據導入Visual 3D軟件中，最后以三維坐標數據形式直接輸出到excle表中。

（四）實驗步驟

1.實驗原理

膝關節損傷最常見的類型有膝關節骨折、交叉韌帶損傷、側副韌帶損傷以及半月板損傷。前交叉韌帶和內側副韌帶在屈膝最大時容易發生撕裂；籃球運動時，膝關節經常處于半屈位狀態，而此時在軸向負荷作用下，同時伴有內收或者外展，容易出現膝關節半月板損傷[2]。膝關節過度屈曲、外展和外旋是造成膝關節損傷的重要原因。護膝的主要作用是給予膝關節一定的固定和支撐，因此研究護膝是否能有效地減小膝關節最大屈曲角、外展角、外旋角來確定護膝的防護性能。其中膝關節最大屈曲角、外展角、外旋角指的是籃球動作中受試者膝關節屈曲、外展、外旋至最大時的角度。

2.實驗操作

三維動態捕捉實驗按照防護狀態分為3組，分別是無護膝防護組、繃帶護膝防護組和半剛性護膝防護組，然后進行急停跳投和搶籃板球的動態實驗。

首先在八位受試者相應部位貼上Marker點，如圖1所示，其中四個剛體分別綁在受試者左右大腿中部外側，左右小腿中部外側。表2是各Marker點對應在下肢上的位置介紹。采集受試者靜止狀態下的數據，讓受試者雙手抱于胸前保持靜止，采集30秒。在靜態點的基礎上減少左右下肢的FTC、FLE、FME、FAL、TAM這十個點，受試者先通過抽簽的方式隨機選擇護具測試順序，隨后進行急停跳投和搶籃板球的動態測試。受試者在聽到“開始”口令后做動作，動作結束站穩后要保持靜止3秒鐘，以防捕捉不到落地時的三維數據。每次動作間休息1min，以避免肌肉疲勞對測試結果產生影響，每種測試條件下每個動作采集3次有效數據。

表2 Marker點位置

圖1 Marker點黏貼部位

二、實驗結果與分析

動態捕捉的數據是以三維坐標數據形式直接輸出到excle表中的，根據實驗數據，計算并提取膝關節最大屈曲角，最大外展角，最大外旋角。實驗數據以均數±標準差（x±S）形式表示，采用SPSS 17.0統計學軟件進行統計學處理。采用單因素方差分析比較護膝裝置防護間各實驗參數的差異是否有統計學意義，若有統計學意義則繼續采用多重比較確定顯著性差異發生在具體哪兩個水平之間。

（一）護膝對各角度防護性能分析

將不同籃球動作下，佩戴繃帶護膝和半剛性護膝所得到的膝關節最大屈曲角、最大外展角和最大外旋角分別與無防護狀態下的各個角度進行單因素方差分析，確定與無防護狀態相比，三種防護狀態下各個角度的變化是否有顯著性差異，并采用多重比較確定不同護膝間的各個角度是否有顯著性差異。結果如表2所示。

表2 不同防護狀態下膝關節角度參數分析

由表2可以得出以下結果：

1.膝關節最大屈曲角，無論是急停跳投還是爭搶籃板球，相對于無護膝防護，繃帶護膝防護、半剛性護膝防護均有明顯的減小，其中半剛性護膝防護的減小非常顯著；半剛性護膝防護與繃帶護膝防護相比明顯減小。

2.膝關節最大外展角和膝關節最大外旋角，在急停跳投和爭搶籃板球動作中，相對于無護膝防護，繃帶護膝防護、半剛性護膝防護明顯減小，其中半剛性護膝防護的減小更為顯著；半剛性護膝防護和繃帶護膝防護相比無統計學意義。

三、結論

（1）無論是在急停跳投動作還是爭搶籃板球動作，半剛性護膝、繃帶護膝均能有效減小膝關節的最大屈曲角、最大外展角和最大外旋角，具有良好的防護效果；半剛性護膝對膝關節最大屈曲角、最大外展角和最大外旋角的減小作用最明顯。

（2）綜合考慮，防護性能最佳的護膝為半剛性護膝，它可以加強膝關節在冠狀面和矢狀面的穩定性，因為它采用EVA墊片，有效加強保護膝蓋，承受髕骨壓力，避免移位，護膝兩側有可彎曲的彈簧，能支撐膝關節的屈曲，加強膝關節的穩定性.

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