不同款式的篮球护膝防护性能的研究

刘青青 浙江理工大学服装学院

阎玉秀 浙江理工大学； 浙江省服装工程技术研究中心

不同款式的篮球护膝防护性能的研究

刘青青 浙江理工大学服装学院

阎玉秀 浙江理工大学； 浙江省服装工程技术研究中心

在篮球运动中，需要完成大量高速度和强对抗性的篮球技术动作，其中急停跳投与争抢篮板球特别容易引起膝关节的损伤。本文运用三维动态捕捉系统捕捉这两个技术动作，探讨在无护膝防护和两种护膝防护状态下，膝关节最大屈曲角，最大外旋角与最大外展角的变化，并进行多重比较分析。结果得出两种护膝装置对膝关节均有防护效果，其中半刚性护膝防护性能最佳。

篮球运动损伤 护膝 三维运动捕捉 防护性能

引言

篮球运动动作激烈，运动员需要频繁的使用膝关节做急起、急停、变向、转身、跳跃等技术动作，这很容易导致膝关节运动损伤，徐小敏对江苏十余所高校篮球运动员的调研显示，膝关节损伤在运动员中较为普遍，约有88.57%的篮球运动员都发生过不同程度的膝关节损伤[1]。随着人们自我保护意识的提高，逐渐意识到佩戴护膝可对膝关节起到一定的固定作用，从而防止膝关节的损伤或者减轻膝关节的损伤程度。

目前国家标准中对护膝的规定只限定了护膝材料的安全性能，但是并没有对护膝的防护性能做出相关要求，因此造成了市面上的护膝种类各异，性能也各异。通过本论文的研究可以评定不同款式的护膝在篮球运动项目中的防护效果，为篮球运动爱好者以及运动员购买护膝提供参考。

一、实验设计

（一）实验对象

挑选在校男大学生篮球爱好者8名，年龄（23.25±1.20）岁，身高（176.38±1.87）cm，体重（71.33±2.32）kg，膝围（37.23±2.03）cm，所有受试者6个月内下肢无损伤史，且能很熟练的完成各种篮球动作。实验在浙江理工大学服装学院人体科学实验室进行。

（二）实验材料

通过文献阅读以及对护膝市场的调查，并针对护膝的选择对篮球爱好者进行问卷调查，对专业的篮球运动员进行了深度访谈，最终选取某品牌最常用的两种不同类型的护膝来研究其防护性，护膝的具体参数如表1所示。

表1 护膝资料

（三）实验设备

实验主要仪器为美国Qualisys Track Manager三维动态捕捉系统，三维动态捕捉系统配备四百万像素的动作捕捉摄相机9台，反光Marker球和四个刚体，其中刚体是4个Marker点组成，主要用于系统的坐标系设定。三维动态捕捉系统可通过高速摄像头捕捉标记在人体上的Marker点来记录人体关节在运动过程中的轨迹，再把数据导入Visual 3D软件中，最后以三维坐标数据形式直接输出到excle表中。

（四）实验步骤

1.实验原理

膝关节损伤最常见的类型有膝关节骨折、交叉韧带损伤、侧副韧带损伤以及半月板损伤。前交叉韧带和内侧副韧带在屈膝最大时容易发生撕裂；篮球运动时，膝关节经常处于半屈位状态，而此时在轴向负荷作用下，同时伴有内收或者外展，容易出现膝关节半月板损伤[2]。膝关节过度屈曲、外展和外旋是造成膝关节损伤的重要原因。护膝的主要作用是给予膝关节一定的固定和支撑，因此研究护膝是否能有效地减小膝关节最大屈曲角、外展角、外旋角来确定护膝的防护性能。其中膝关节最大屈曲角、外展角、外旋角指的是篮球动作中受试者膝关节屈曲、外展、外旋至最大时的角度。

2.实验操作

三维动态捕捉实验按照防护状态分为3组，分别是无护膝防护组、绷带护膝防护组和半刚性护膝防护组，然后进行急停跳投和抢篮板球的动态实验。

首先在八位受试者相应部位贴上Marker点，如图1所示，其中四个刚体分别绑在受试者左右大腿中部外侧，左右小腿中部外侧。表2是各Marker点对应在下肢上的位置介绍。采集受试者静止状态下的数据，让受试者双手抱于胸前保持静止，采集30秒。在静态点的基础上减少左右下肢的FTC、FLE、FME、FAL、TAM这十个点，受试者先通过抽签的方式随机选择护具测试顺序，随后进行急停跳投和抢篮板球的动态测试。受试者在听到“开始”口令后做动作，动作结束站稳后要保持静止3秒钟，以防捕捉不到落地时的三维数据。每次动作间休息1min，以避免肌肉疲劳对测试结果产生影响，每种测试条件下每个动作采集3次有效数据。

表2 Marker点位置

图1 Marker点黏贴部位

二、实验结果与分析

动态捕捉的数据是以三维坐标数据形式直接输出到excle表中的，根据实验数据，计算并提取膝关节最大屈曲角，最大外展角，最大外旋角。实验数据以均数±标准差（x±S）形式表示，采用SPSS 17.0统计学软件进行统计学处理。采用单因素方差分析比较护膝装置防护间各实验参数的差异是否有统计学意义，若有统计学意义则继续采用多重比较确定显著性差异发生在具体哪两个水平之间。

（一）护膝对各角度防护性能分析

将不同篮球动作下，佩戴绷带护膝和半刚性护膝所得到的膝关节最大屈曲角、最大外展角和最大外旋角分别与无防护状态下的各个角度进行单因素方差分析，确定与无防护状态相比，三种防护状态下各个角度的变化是否有显著性差异，并采用多重比较确定不同护膝间的各个角度是否有显著性差异。结果如表2所示。

表2 不同防护状态下膝关节角度参数分析

由表2可以得出以下结果：

1.膝关节最大屈曲角，无论是急停跳投还是争抢篮板球，相对于无护膝防护，绷带护膝防护、半刚性护膝防护均有明显的减小，其中半刚性护膝防护的减小非常显著；半刚性护膝防护与绷带护膝防护相比明显减小。

2.膝关节最大外展角和膝关节最大外旋角，在急停跳投和争抢篮板球动作中，相对于无护膝防护，绷带护膝防护、半刚性护膝防护明显减小，其中半刚性护膝防护的减小更为显著；半刚性护膝防护和绷带护膝防护相比无统计学意义。

三、结论

（1）无论是在急停跳投动作还是争抢篮板球动作，半刚性护膝、绷带护膝均能有效减小膝关节的最大屈曲角、最大外展角和最大外旋角，具有良好的防护效果；半刚性护膝对膝关节最大屈曲角、最大外展角和最大外旋角的减小作用最明显。

（2）综合考虑，防护性能最佳的护膝为半刚性护膝，它可以加强膝关节在冠状面和矢状面的稳定性，因为它采用EVA垫片，有效加强保护膝盖，承受髌骨压力，避免移位，护膝两侧有可弯曲的弹簧，能支撑膝关节的屈曲，加强膝关节的稳定性.

[1]徐小敏.江苏省高校高水平篮球运动员膝关节损伤现状及对策研究[D].苏州: 苏州大学，2010:1－47.

[2]孙琳琳. 户外运动装备设计探微[D].吉林大学, 2007.

[3]陈孝平，汪建平.外科8 版[M].北京:人民卫生出版社,2013:687-691.

[4]刘卉，苏玉林. 非接触性前交叉韧带损伤特点及机制的研究进展[J].医用生物力学,2 008,23(3):240-247 .

[5]张莉清,宋子玉.篮球技术下肢动作肌电和关节角度特征[J].中国运动医学杂志,2014.33(7): 658-663.

[6]薛薇.SPSS统计分析方法及应用[M].北京:电子工业出版社

[7]郑先达.常见膝部运动创伤的诊断[J]成都体院学报, 1982,(S1):59-59.

[8]宏伟,孙幼君.35例高校篮球运动员膝部损伤分析[J].锦州医学院学报,2004,25 (1):39-40.

[9]张聚民,张正萍.中国临床康复[J].河北师范大学体育学院,2005.

[10]姚瑞祥,王燕珍.行走和慢跑状态下护膝的防护效果[J].纺织学报,2015,36(6):106-111.

[11]吴旭波，谢红等.基于三维动态捕捉系统的运动护腕防护性能研究[J].山东纺织科技,2013,4:54-56.

[12]汪世奎,谢红,曹蕊超.基于运动生物力学防护服装的研究[J].纺织导报,2014, (1):91-93.